高分子物理 课件 Polymer Physics I
01高分子物理课件第一章概论
n1n2n3
ni
i
用数量分数表示:
Mn n1M1 n2M2 n3M3 niMi
ni
i
n1 ni
M1
n2 ni
M2
n3 ni
M3
i
i
i
N1M 1N2M2N3M3 NiMi
NiMi
i
定义 数量分数:
N i
ni ni
i
数量分数:
N i
ni ni
i
4/12 5/12 3/12
0 W(M)MdM
1
M WMMdM 0
N(M)称为分子量的数量微分分布函数; W(M)称为分子量的重量微分分布函数。
合成高分子的分子量具有多分散性
常用平均分子量描述
多分散 polydisperse
单分散 monodisperse
Ni
Mi 分子量相同的一组分子链称作一个级分
根据统计方法不同,有多种统计平均分子量
第一节 高聚物分子量的统计意义
高聚物分子量具有多分散性,对于这种多分散 性的描述,最为直观的方法是利用某种形式的 分子量分布曲线。多数情况下还是直接测定其 平均分子量。
然而,平均分子量又有各种不同的统计方法, 因而具有各种不同的数值。
一、平均分子量
假定在某一高分子试样中含有若干种分子量不 等的分子,该试样的总质量为w,总摩尔数为n, 种类数用i表示,第I种分子的相对分子质量为Mi, 摩尔数为ni,重量为wi,在整个试样中的重量分 数为Wi,摩尔分数为Ni,则这些量之间存在下 列关系:
现有5g重的金链4根,8g重的金链条5根, 10g重的金链3根,求金链的平均重量
按数量进行平均:数均分子量
平 均 5 g 4 8 重 g 5 1 g 量 0 3 9 g 0 7 .5 g
《高分子物理》ppt课件
PART 03
高分子溶液性质与行为
REPORTING
高分子溶解过程及热力学
溶解过程的描述
高分子在溶剂中的溶解过程包括 溶胀、溶解两个阶段,涉及高分 子链的舒展和溶剂分子的渗透。
热力学参数
溶解过程中的热力学参数如溶解 度参数、混合焓、混合熵等,决 定了高分子与溶剂的相容性。
温度对溶解的影响
区别
高分子化学主要关注高分子的合成和化学反应,而高分子物理则更加关注高分子的结构和性质以及它们之间的关 系。此外,两者的研究方法也有所不同,高分子化学通常采用化学合成和表征的方法,而高分子物理则采用各种 物理手段和理论计算的方法。
PART 02
高分子链结构与形态
REPORTING
高分子链化学结构
可用于制造透明或半透明的制品,如透明塑料、有机玻璃等。
03
耐候性
高分子材料在户外环境下能够保持其光学性能的稳定,不易发生黄变、
老化等现象,因此适用于户外光学器件的制造。
耐热性、耐腐蚀性等其他性能
耐热性
高分子材料通常具有较好的耐热性,能够在高温环境下保持其物理和化学性质的稳定。这 使得高分子材料在高温工作环境中具有广泛的应用,如汽车发动机部件、电子电器部件等 。
特定的高分子结构、温度区间和浓度等。
液晶态性能
液晶态高分子具有优异的光学性能、力学性能(如高强度和高模量 )以及热稳定性等。
PART 05
高分子材料力学性能与增 强机制
REPORTING
拉伸、压缩、弯曲等力学性能
拉伸性能
高分子材料在拉伸过程中,经历弹性变形、屈服、应变硬化和断裂 等阶段,表现出不同的力学行为。
核磁共振法研究分子运动状态
《高分子物理》课件
高分子加工技术
探索高分子材料的加工技术,如挤出、注塑、吹塑等,讨论每种技术的优缺点以及在实际生产中的应用。
高分子材料应用范围
展示高分子材料在不同领域的广泛应用,包括医疗、电子、汽车等,并讨论其在可持续发展中的作用。
总结与展望
总结高分子物理的重要概念,并展望未来的发展方向,探讨高分子物理在新材料研究中的前景。
《高分子物理》PPT课件
这份PPT课件将帮助您了解《高分子物理》的重要概念和应用。通过丰富的 内容和精美的图片,让我们一起探索高分子物理的奇妙世界。
高分子物理概述
介绍高分子物理学的基本概念和理论,包括分子结构、分子力学以及高分子 的物理特性。
高分子材料的物理性质
深入了解高分子材料的物理性质,例如强度、弹性、热传导性等,解释其在 不同应用领域中的优势。
大学本科高分子物理第七章《聚合物的粘弹性》课件
学习各种描述高分子材料粘弹性的模型。
7.2 粘弹性的数学描述 (唯象描述)——直观
亦称为复 数模量
损耗角正切
E' 0 cos 0
E'' 0 sin 0
tg E''
E'
——也可以用 来表示内耗
讨 =0, tg =0, 没有热耗散 论 =90°, tg = , 全耗散掉
本讲小结
第十九讲 粘弹性的数学描述
主要内容:
•力学模型
重点及要求:
聚合物材料在力学模型及数学描述;
/ cost /
/ d sintdt
1.5
1
/() cost 0.5
最大值
Strain
0 -0.5 0
-1
/()sin(t / 2) -1.5
滞后/2
90
180
270
360
t degree
Comparing
stress or strain
1.5 1
0.5 0
-0.5 0 -1
第十八讲 聚合物的粘弹性现象
主要内容:
聚合物的粘弹性现象 •蠕变现象 •应力松弛现象
本讲重点及要求:
聚合物材料在受力情况下所产生的蠕变和应力 松弛的粘弹现象及分子运动机理。
7.1粘弹性现象
普通粘、弹概念
粘 – 同黏:象糨糊或胶水等所具有的、能
使一个物质附着在另一个物体上的性质。
弹 – 由于物体的弹性作用使之射出去。
弹簧 – 利用材料的弹性作用制得的零件,在外力 作用下能发生形变(伸长、缩短、弯曲、扭转
等),除去外力后又恢复原状。
Viscous – thick and sticky, semi-fluid, that does not flow easily
第二章高分子物理-PPT文档资料34页
2.3.1 晶体结构的基本知识
7. 晶格缺陷 lattice model
酝晶(准晶)
(1)定义:
空间点阵的周期性 在空间中断的现象
(2)类型:
点缺陷
原子缺陷 电子缺陷
空间点阵的周期性在 三维空间上不太完整
的晶体 (晶格变形的晶体)
如:腈纶的晶体是 典型的准晶
线(一维)缺陷 面(二维)缺陷
三维 缺陷
球晶:由晶片聚集成的长条扭 曲状的微纤束自球晶中
心出发,沿径向辐射排列 的多晶聚集体。
图2-11 球晶各生长阶段形象示意图 在图a,b,c下分别给出其俯视图
3.(3) 球晶的特征
B. 有消光黑十字
由于球晶具有结构 不对称性,一束平面偏 振光照到球晶上后,由 于折光指数不同而分 成2束光速不同的光。
因为聚丙烯腈是由自由基聚合 的方法得到的,呈无规立构构型, 由于高分子间作用力相当大,可以 结晶,但晶格的规整性差。
2.3.2 结晶形态学
1.研究内容
晶体的外形形状、尺寸大小和结构特征
2.研究方法
光学显微镜(正交偏光)、电子显微镜、 电子衍射等
3.聚合物结晶的结构和形态
(1)单晶
形态
平面状单 层片晶 (晶片)
克服分子间的作用力将1摩尔固体或液体物质 的分子远离到脱离相互作用的情况下所需的 能量。 (2)内聚能密度CED:单位体积的内聚能
E
CED v~ 摩尔体积
一般 纤维>塑料>橡胶
Chapter 2. Aggregate Structure of Polymer
第二章 高分子的聚集态结构
Section 3. Crystalline Structure and Morphology of Crystalline Polymer
高分子物理共90张PPT
高分子物理共90张PPT第一部分:高分子物理基础知识1. 高分子物理概述高分子物理是研究高分子材料的构造、力学性质及其在热、电、光等方面的行为规律的一门学科。
高分子物理的主要研究对象是具有大分子结构的聚合物和高聚物。
2. 高分子材料的结构高分子材料的分子结构可以分为线性、支化和交联三种。
其中,线性结构的高分子链是单纯的直线结构,支化结构则是在链上引入支链结构,交联结构则是在高分子链上形成水晶点,使高分子链之间发生交联作用。
3. 高分子材料的物理性质高分子材料的物理性质包括力学性质、热性质、电性质、光学性质和磁性质等。
其中,力学性质是高分子材料最基本的性质之一,包括拉伸、压缩、弯曲、挤压、剪切等方面的力学性能;热性质则包括高分子材料的热干扰系数、热导率、热膨胀系数等;电性质则包括高分子材料的电导率、介电常数、介质损耗等;光学性质包括吸收、散射、透射、反射等方面的反映;磁性质则包括磁导率、磁化率等。
4. 高分子材料的分子运动高分子材料的分子运动是高分子物理学研究的一个重要方面。
高分子分子的运动可分为平动、转动、振动三种类型,其中振动运动通常与分子中的化学键振动相关联。
第二部分:高分子材料的物理加工工艺1. 高分子材料的成型加工高分子材料的成型加工包括挤出、注塑、吹塑、压缩成型、旋压成型等多种技术,其中挤出、注塑和吹塑等工艺技术是广泛应用的成型技术,具有高效、经济绿色等优点。
2. 高分子材料的复合加工高分子材料的复合加工是目前最为关注的技术之一,它将高分子材料与其他材料进行有效的综合利用,并在性能上得到了显著的提高。
高分子复合材料广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。
3. 高分子材料的改性加工高分子材料的改性加工是指通过添加改性剂来改变高分子材料的属性,以得到更好的性能。
常见的改性剂包括增强剂、塑化剂、光稳定剂、抗氧化剂等。
4. 高分子材料的表面处理高分子材料的表面处理是一种重要的加工技术,它可以提高高分子材料的表面性能和增强其附着力,同时也可以达到美化、防腐蚀等目的。
大学本科高分子物理第五章《聚合物的转变与松弛》课件
E: Liquid flow region 粘流态:大分子链受
外力作用时发生位移,且无法回复。行为与小分 子液体类似。
三态两区
18
线形无定形高聚物随T增大,会出现三种不同的 力学状态。
玻璃态与高弹态之间的转变叫玻璃化转变(玻 璃—橡胶转变),其区域如曲线B区,对应的温 度叫玻璃化温度,以Tg表示,是链段运动的最低 温度; 高弹态与粘流态之间 的转变叫橡胶流动转变,该 区曲线上的D区,在其对应的温度叫粘流温度, 以Tf表示,是整个大分子链开始运动的最低温度。
13
The relationship between modulus and temperature
14
Mechanical Method
Strain-temperature
Modulus-temperature
非晶高聚物(非交联)的力学状态
15
Mechanical properties and transition of polymers
Glass region
Viscosity flow transition
Liquid flow region
Glass transition Rubber-elastic plateau region
Tg – glass transition temperature 玻璃化转变温度 Tf – viscosity flow temperature 粘流温度
19
Applications of the three states
Tb~Tg
Tg~Tf
Tf~Td 20
《高分子物理》全套教学课件
《高分子物理》全套教学课件一、教学内容本课件依据《高分子物理》教材,重点围绕第三章“高分子链的结构与性质”以及第四章“高分子溶液与溶胶”展开。
详细内容包括:高分子链的构造、链段运动与高分子弹性;高分子溶液的热力学性质、溶胶的稳定性;高分子链在溶液中的形态及其动态变化。
二、教学目标1. 让学生深入理解高分子链的结构特点及其对高分子性质的影响。
2. 培养学生掌握高分子物理的基本概念,如高分子溶液的热力学性质、溶胶的稳定性等。
3. 培养学生运用高分子物理知识解决实际问题的能力。
三、教学难点与重点教学难点:高分子链的构造及其对高分子性质的影响;高分子溶液的热力学性质。
教学重点:高分子链的结构与性质;高分子溶液与溶胶的稳定性。
四、教具与学具准备1. 教具:多媒体课件、黑板、粉笔。
2. 学具:高分子物理教材、笔记本、计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入:通过展示日常生活中的高分子制品,如塑料、橡胶等,引导学生思考高分子材料的性质与应用。
2. 知识讲解:a. 高分子链的结构与性质:讲解高分子链的构造、链段运动与高分子弹性。
b. 高分子溶液与溶胶:讲解高分子溶液的热力学性质、溶胶的稳定性。
3. 例题讲解:针对高分子链的结构与性质、高分子溶液的热力学性质等内容,进行典型例题讲解。
4. 随堂练习:布置与高分子物理相关的练习题,巩固所学知识。
六、板书设计1. 高分子链的结构与性质a. 高分子链的构造b. 链段运动与高分子弹性2. 高分子溶液与溶胶a. 高分子溶液的热力学性质b. 溶胶的稳定性七、作业设计1. 作业题目:a. 解释高分子链的构造对高分子性质的影响。
b. 计算一个给定高分子溶液的渗透压。
c. 分析一个高分子溶胶的稳定性,并提出改善措施。
2. 答案:见附件。
八、课后反思及拓展延伸2. 拓展延伸:a. 邀请相关领域的专家进行专题讲座,加深学生对高分子物理的理解。
b. 组织学生参观高分子制品生产企业,了解高分子物理知识在实际生产中的应用。
高分子物理第1讲聚合物的晶态
规则近邻
不规则近邻
无规(插线板) go
小角中子散射(SANS)测量聚合物的分子尺寸
聚合物
结晶过程
PE 从熔体中快速冷却(淬火)
急剧冷却
PP
淬火后在137oC保温(退火)
i-PS 在 200oC下结晶 1 h
1
S 2 Mw 2
熔体
1
nm /(g / mol) 2
结晶态
0.046 0.035 0.035 0.022
聚三氟氯乙烯: 自由基聚合产物, 具有不对称碳原子且无规, 但由于氯原子与氟原子体积相差不大, 仍具有较强的结晶 能力, 结晶度可达90%
(2) 其它结构因素
分子量 共聚
无规, 交替, 嵌段, 接枝
支化 交联 分子链的柔顺性 分子间作用力
6.1 晶态结构 (Crystalline structure)
100A = 40个单体单元 ~ 1000分子量 2.5A
分子量5万的聚乙烯链长度为5000A 该聚乙烯链如何形成单晶片? 分子链必然在厚度方向上折叠
100A
两个问题
为什么折叠? 怎样折叠?
分子量增加
高分子链是多散性的
长链烷烃(石蜡)的结晶
折叠链模型 Folded chain model
PP PS PMMA
无规高分子是否一定不能结晶?
PVC: 自由基聚合产物, 氯原子电负较大, 分子链上相邻的 氯原子相互排斥, 彼此错开, 近似于间同立构, 因此具有微 弱的结晶能力, 结晶度较小(约5%)
PVA: 自由基聚合的聚乙酸乙烯基酯水解而来, 由于羟基体 积小, 对分子链的几何结构规整性破坏较小, 因而具有结晶 能力, 结晶度可达60%
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Expectations, Outcomes and Concepts
For Polymers R ~ N
~ N Elasticity/entropy relationship
10 Polymer chemistry
Polymer chemistry is predominantly a
branch of organic chemistry: most
polymers are based on carbon.
The simplest chemical structure is a
carbon main chain with two hydrogen
atoms per carbon-polyethylene.
Consider only linear chains
N>>1, very large
atactic arrangement involves quenched
disorder
Bionanoengineering: Polymer Physics
(i). the energy difference between the minima is (ii). The energy barrier is E When is less than k B T, the chain is
statically flexible.
The relative weight of the conformations is of order unity so the chain is not a rigid rod.
<k B T defines the limit of extreme flexibility
k B 1 the trans state is preferred: locally the chain will be rigid For polyethylene, l
function of where
exp(k B for >0
~ Angstroms = monomer length
<<L, the molecule is flexible at large scales
Walk is N steps : starts at , ends at . r = <,> the end-to-end vector.
R
N
denotes the sum over the lattice points The end to end vector is the sum over N “jump vectors”
P(r,N ) = (r,N )/(R
Distribution function for r
25
26
S= Entropy
W= number of states (configurations)
Accessible to thermodynamic system
With energy E
From statistical mechanics:
()!!
"
#
$$
%
&
'
!!
"
#
$$
%
&
=
'
2
2
2/3
2
2
3
exp
3
2
,
Na
r
Na
N
r
P
(
From Boltzmann:
S(r) = k B ln[P(r,N)]
This expression is very important in
understanding the physics of polymers,
because it allows us to write down the
configuration entropy S(r) of a polymer
chain as a function of its elongation:
The surprising and important results of more careful calculations is that the presence of these short-range correlations does not alter the basic random walk character of the polymer chain statistics; it simply leads to an altered effective step size.
A more accurate picture builds the chain by successive steps and requires that the valence angles are used. ie. trans or gauche
> = nm
even for m does not equal n.
is a decreasing function of the
nm
chemical interval [m-n] (magnitude) and
decays exponentially for large values.
Thus the correlations are of finite range.
Place g consecutive vectors b into a
subunit c i If g is much larger than the the
range of correlations then c nm the new
vectors will be uncorrelated.
The problem is then for N/g independent
variables: leads to Gaussian statistics.
Providing N/g is large: ideal chain
behaviour is realised.
Extension of a chain, f and -f , require the average elongation <r>f of the chain Providing f is small
= 0[ 1 + 5/2 ] <<1
= 4C.N R3/3M
(volume fraction)
Bionanoengineering:Polymer Physics
The numerical results yield
N-1
Where z’ is smaller then z as for the
z = 6 and z’ = 4.68.
depends on the dimensionality:
3D = 7/6 and 2D = 4/3
R = aN where = 3/5
Here is a universal exponent
= 3/5, 2D = 3/4 and 1D
3D
Barnes H.A.
xy xz yz
polymerisation
density of / a chains per unit area. The volume per chain is 2/. We can write the total energy as the sum of stretching
65
The value of the brush height h that minimizes the total energy gives us:
h ~ [ b
(1-2)]1/3 N
This reveals that a chain end-grafted to a polymer surface at high enough densities to overlap significantly with its neighbours is strongly stretched – the chain dimensions vary not as N 3/5, as
They do for an isolated chain in a good solvent, but as a linear function of N .。