何曼君《高分子物理》(第3版)配套题库【章节题库】第9章 聚合物的其他性质 【圣才出品】
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G.MacDiarmid，1927～2007 年）和白川英树（Hideki Shirakawa，1936 年～）由于“导 电性高分子的发现与开发”获诺贝尔化学奖。1976 年，他们发现聚乙炔掺杂碘后居然能像 金属那样导电。这个现象的发现开启了导电高分子的时代，改变了长期以来人们对高分子只 能是绝缘体的观念，进而开发出了具有光、电活性的被称电子聚合物的高分子材料，有可能 为 21 世纪提供可进行信息传递的新功能材料。
表 9-1
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*聚苯胺根据其氧化程度的不同而具有四种存在形式。 具有大共轭π电子结构（图 9-1）是聚合物导电的基本条件，若主链全部为芳环或共轭 双键，如聚苯撑、聚乙炔等，由于这种大共轭体系中电子云能流动，因此兀电子具有类似于 金属中自由电子的特征。这类高分子是导电高分子，外观也呈金属色。通过掺杂可以进一步 将电导率提高六七个数量级，成为真正的导体，一个典型例子是用 AsF3 掺杂聚乙炔。
4．极性聚合物在外加电场的作用下会发生______极化和______极化；聚合物的极性越 ______，介电常数越______；聚合物的极性越大，介电损耗越______。
【答案】诱导；偶极；大；大；大
三、问答题 1．写出下列导电聚合物的重复单元结构式，并说明可能的导电机理：聚乙炔，聚苯胺， 聚对苯撑，聚对苯撑乙烯撑，聚毗咯，聚噻吩。 答：
4．简述聚合物的导电机理。 答：聚合物主要存在两种导电机理： （1）一般聚合物主要是离子电导。有强极性原子或基团的聚合物在电场下产生本征离 解，可产生导电离子。非极性聚合物本应不导电，理论体积电阻率为 1025Ω·cm，但实际上 要大许多数量级，这是杂质（未反应的单体、残留催化剂、助剂以及水分）离解引起的。 （2）聚合物导体（导电高分子）、半导体主要是电子电导。
图 9-3 聚酞菁铜的结构式 8．2000 年，因在导电高分子领域的杰出贡献而获得诺贝尔化学奖的高分子科学家是 谁？他们的主要贡献是什么？简述导电高分子的研究意义。 答 ： 2000 年 ， 黑 格 尔 （ Alan J.Heeger ， 1936 年 ～ ）， 马 克 迪 尔 米 德 （ Alan
5．如何从实验判别或区分聚合物的电子导电和离子导电？ 答：对聚合物施加静压力会使离子电导降低，而电子电导升高，因为自由体积变小使离 子迁移更困难，但电子与空穴的迁移更容易。
6．为什么碳纤维具有良好的导电性？ 答：由于共轭大π键结构。碳纤维采用了先加工成型、后热裂解的方法获得这种共轭结
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构。将牵伸后的聚丙烯腈纤维进行热裂解环化、进一步脱氢，形成具有双链含氮芳香结构的 聚合物，其电导率约为 10Ω－1·m－1。再热裂解到氮完全消失，则得到电导率高达 105Ω－1·m －1 的碳纤维。
7．简述聚酞菁铜的导电机理。 答：聚酞菁铜是一类金属螯合型聚合物（图 9-3），其电导率约为 5 Ω－1·m－1。在垂直 于酞菁分子平面方向引入金属原子铜，使中心金属原子连接起来，以获得类似于金属键的导 电途径。而且，金属原子的 d 电子轨道可以与有机结构的π电子轨道交叠，从而延伸了分子 内的电子通道。
3．聚合物的导电性随温度升高而（ ）。 A．升高 B．降低Baidu NhomakorabeaC．保持不变 【答案】A
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二、填空题
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1．聚合物在高压电场下，每单位______能承受的被击穿的______称为击穿强度或介电强
度。
【答案】厚度；电压
2．作为电容器的高分子材料应当______大和______小；作为绝缘用的高分子材料，应当 ______小和______率小。
【答案】介电常数；介电损耗；介电常数；电导
3．化学功能高分子的种类有：______、______、______、______、______等。 【答案】高分子试剂；高分子催化剂；导电高分子；离子交换树脂；分离膜
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第 9 章 聚合物的其他性质
一、选择题 1．在静电场或低频率时，所有极化都有足够的时间发生，极化和电场同相位而不消耗 能量，这时介电常数（ ）。 A．最大 B．居中 C．最小 【答案】A
2．分子极性越强，极化程度越大，则聚合物介电常数（ ）。 A．越大 B．越小 C．测定值越偏离理论值 【答案】C
9．什么是静电现象？ 答：任何两个固体，无论其化学组成是否相同，只要它们的物理状态不同，其内部结构 中电荷载体能量的分布就不同。这样两个固体接触时，在固-固表面会发生电荷的再分配。 在它们重新分离之后，每一固体将带有比接触或摩擦前更多的正（或负）电荷，这种现象称 为静电现象。
图 9-1 聚乙炔分子中的共轭大π键示意图 所有碳原子都在同一平面上
2．测得一组不同固化剂含量固化的酚醛树脂的动态力学性能-温度谱如图 9-2 所示。 这些曲线能说明哪些问题？能否用介电松弛研究酚醛树脂的固化过程？为什么？
图 9-2 不同固化剂含量固化的酚醛树脂的动态力学性能-温度谱
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答：曲线说明固化剂含量 3＞2＞1。因为固化剂含量增加，Tg 升高，当交联程度达到 一定值后，不再能测到 Tg。同样可以用介电松弛研究酚醛树脂的固化过程，因为酚醛树脂 是极性聚合物。
3．绝缘体、半导体和导体是根据什么划分的？ 答：电阻率（未特别注明时指体积电阻率ρv）是材料最重要的电学性质之一。按ρv 将 材料分为导体、半导体和绝缘体三类。导体 0～103 Ω·cm；半导体 103～108 Ω·cm；绝缘 体 108～1018 Ω·cm 以上。有时也用电导率表示，电导率是电阻率的倒数。
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表 9-1
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*聚苯胺根据其氧化程度的不同而具有四种存在形式。 具有大共轭π电子结构（图 9-1）是聚合物导电的基本条件，若主链全部为芳环或共轭 双键，如聚苯撑、聚乙炔等，由于这种大共轭体系中电子云能流动，因此兀电子具有类似于 金属中自由电子的特征。这类高分子是导电高分子，外观也呈金属色。通过掺杂可以进一步 将电导率提高六七个数量级，成为真正的导体，一个典型例子是用 AsF3 掺杂聚乙炔。
4．极性聚合物在外加电场的作用下会发生______极化和______极化；聚合物的极性越 ______，介电常数越______；聚合物的极性越大，介电损耗越______。
【答案】诱导；偶极；大；大；大
三、问答题 1．写出下列导电聚合物的重复单元结构式，并说明可能的导电机理：聚乙炔，聚苯胺， 聚对苯撑，聚对苯撑乙烯撑，聚毗咯，聚噻吩。 答：
4．简述聚合物的导电机理。 答：聚合物主要存在两种导电机理： （1）一般聚合物主要是离子电导。有强极性原子或基团的聚合物在电场下产生本征离 解，可产生导电离子。非极性聚合物本应不导电，理论体积电阻率为 1025Ω·cm，但实际上 要大许多数量级，这是杂质（未反应的单体、残留催化剂、助剂以及水分）离解引起的。 （2）聚合物导体（导电高分子）、半导体主要是电子电导。
图 9-3 聚酞菁铜的结构式 8．2000 年，因在导电高分子领域的杰出贡献而获得诺贝尔化学奖的高分子科学家是 谁？他们的主要贡献是什么？简述导电高分子的研究意义。 答 ： 2000 年 ， 黑 格 尔 （ Alan J.Heeger ， 1936 年 ～ ）， 马 克 迪 尔 米 德 （ Alan
5．如何从实验判别或区分聚合物的电子导电和离子导电？ 答：对聚合物施加静压力会使离子电导降低，而电子电导升高，因为自由体积变小使离 子迁移更困难，但电子与空穴的迁移更容易。
6．为什么碳纤维具有良好的导电性？ 答：由于共轭大π键结构。碳纤维采用了先加工成型、后热裂解的方法获得这种共轭结
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7．简述聚酞菁铜的导电机理。 答：聚酞菁铜是一类金属螯合型聚合物（图 9-3），其电导率约为 5 Ω－1·m－1。在垂直 于酞菁分子平面方向引入金属原子铜，使中心金属原子连接起来，以获得类似于金属键的导 电途径。而且，金属原子的 d 电子轨道可以与有机结构的π电子轨道交叠，从而延伸了分子 内的电子通道。
3．聚合物的导电性随温度升高而（ ）。 A．升高 B．降低Baidu NhomakorabeaC．保持不变 【答案】A
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1．聚合物在高压电场下，每单位______能承受的被击穿的______称为击穿强度或介电强
度。
【答案】厚度；电压
2．作为电容器的高分子材料应当______大和______小；作为绝缘用的高分子材料，应当 ______小和______率小。
【答案】介电常数；介电损耗；介电常数；电导
3．化学功能高分子的种类有：______、______、______、______、______等。 【答案】高分子试剂；高分子催化剂；导电高分子；离子交换树脂；分离膜
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第 9 章 聚合物的其他性质
一、选择题 1．在静电场或低频率时，所有极化都有足够的时间发生，极化和电场同相位而不消耗 能量，这时介电常数（ ）。 A．最大 B．居中 C．最小 【答案】A
2．分子极性越强，极化程度越大，则聚合物介电常数（ ）。 A．越大 B．越小 C．测定值越偏离理论值 【答案】C
9．什么是静电现象？ 答：任何两个固体，无论其化学组成是否相同，只要它们的物理状态不同，其内部结构 中电荷载体能量的分布就不同。这样两个固体接触时，在固-固表面会发生电荷的再分配。 在它们重新分离之后，每一固体将带有比接触或摩擦前更多的正（或负）电荷，这种现象称 为静电现象。
图 9-1 聚乙炔分子中的共轭大π键示意图 所有碳原子都在同一平面上
2．测得一组不同固化剂含量固化的酚醛树脂的动态力学性能-温度谱如图 9-2 所示。 这些曲线能说明哪些问题？能否用介电松弛研究酚醛树脂的固化过程？为什么？
图 9-2 不同固化剂含量固化的酚醛树脂的动态力学性能-温度谱
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答：曲线说明固化剂含量 3＞2＞1。因为固化剂含量增加，Tg 升高，当交联程度达到 一定值后，不再能测到 Tg。同样可以用介电松弛研究酚醛树脂的固化过程，因为酚醛树脂 是极性聚合物。
3．绝缘体、半导体和导体是根据什么划分的？ 答：电阻率（未特别注明时指体积电阻率ρv）是材料最重要的电学性质之一。按ρv 将 材料分为导体、半导体和绝缘体三类。导体 0～103 Ω·cm；半导体 103～108 Ω·cm；绝缘 体 108～1018 Ω·cm 以上。有时也用电导率表示，电导率是电阻率的倒数。