高分子凝聚态物理及其进展
对高分子凝聚态的几个基本物理问题探讨
对高分子凝聚态的几个基本物理问题探讨【摘要】高分子凝聚态是物理学中一个重要研究领域，其具有复杂的结构和性质，涉及到许多基本物理问题。
本文首先介绍了高分子凝聚态的特点和定义，接着讨论了高分子凝聚态存在的基本物理问题，以及高分子结构与性质之间的关系。
我们还探讨了高分子凝聚态中常见的相变现象和扩散运动。
结合研究现状，指出了未来可能的研究方向。
通过对高分子凝聚态的几个基本物理问题进行深入探讨，有助于加深对高分子材料的理解，促进相关领域的进一步发展和应用。
【关键词】高分子凝聚态、物理问题、结构与性质、相变现象、扩散和运动、研究现状、未来方向。
1. 引言1.1 研究背景高分子凝聚态是指由大量高分子分子单元组成的凝聚相态。
随着现代高分子科学的快速发展，对高分子凝聚态物理学的研究也日益受到重视。
高分子凝聚态的研究不仅有助于揭示高分子材料的基本性质和行为，还对材料科学、生物医学工程等领域具有重要的应用价值。
高分子凝聚态的物理性质研究始于20世纪初，随着理论和实验技术的不断进步，已经取得了诸多重要成果。
高分子凝聚态在聚合物科学中具有重要地位，广泛应用于合成聚合物、高分子复合材料等领域。
高分子凝聚态中仍存在许多基本物理问题尚待解决，如高分子结构与性质的关系、相变现象、扩散和运动等。
研究高分子凝聚态的基本物理问题，不仅有助于深化对高分子材料的理解，还为开发新型高分子材料和应用提供了理论基础。
加强对高分子凝聚态物理学的研究，探讨其中的各种基本物理现象及其规律，对于推动高分子科学的发展具有重要意义。
1.2 研究意义高分子凝聚态的研究意义主要体现在以下几个方面。
高分子凝聚态的研究可以帮助我们更深入地了解高分子材料的内在结构和性质。
通过探讨高分子在凝聚态下的行为，我们可以揭示其在不同环境下的特性和响应，为高分子材料的设计和应用提供重要参考。
高分子凝聚态的研究有助于揭示高分子界面和界面现象的规律。
高分子在固态或液态状态下的相互作用，对于界面的稳定性、润湿性等具有重要意义，而这些性质又直接影响着高分子材料的性能和应用。
对高分子凝聚态的几个基本物理问题探讨
对高分子凝聚态的几个基本物理问题探讨【摘要】高分子凝聚态是指由高分子链或聚合物组成的一种状态，在物质科学中具有重要的研究价值。
本文通过探讨高分子凝聚态的定义、特点、构型和受限、相变行为、动力学性质以及相互作用等几个基本物理问题，揭示了高分子凝聚态的重要性和复杂性。
通过对这些问题的深入剖析，揭示了高分子凝聚态在材料科学和生物医学等领域的广泛应用前景。
未来的研究方向包括对高分子凝聚态的性质和行为进行更加深入的探究，以及开发新的高分子凝聚态材料和技术。
本文为对高分子凝聚态的物理问题提出了一些新的思路和见解，为相关研究领域的发展提供了有益的参考。
【关键词】高分子凝聚态、物理问题、构型、相变行为、动力学性质、相互作用、研究背景、研究意义、未来研究方向1. 引言1.1 研究背景高分子凝聚态物理是一门研究高分子在固体或液态状态下的性质和行为的学科，对于揭示高分子物质的结构与性质之间的关系，以及高分子材料在应用中的表现具有重要意义。
随着高分子材料在诸如医学、材料、能源等领域的广泛应用，对高分子凝聚态的研究也变得愈发重要。
高分子凝聚态的特点是由高分子链构成的大分子聚集体，在高分子链的构型和受限对凝聚态物质的性质产生深远影响。
高分子凝聚态的相变行为也备受关注，包括液固相变、玻璃态形成等现象。
在高分子凝聚态中，动力学性质和相互作用也是研究的重点，这些性质直接影响着高分子材料在实际应用中的表现。
对于高分子凝聚态的基本物理问题进行深入探讨，不仅有助于提高高分子材料的设计、性能调控能力，还有助于拓展高分子在各个领域的应用范围。
在这样的背景下，对高分子凝聚态的研究具有十分重要的意义。
1.2 研究意义高分子凝聚态是一种重要的物质形态，具有许多独特的物理性质和特点。
对高分子凝聚态的研究不仅可以深化我们对物质的认识，还可以为新材料的设计和制备提供重要参考。
在实际应用中，高分子凝聚态的性质对材料的性能和应用有着至关重要的影响。
高分子凝聚态的研究意义主要体现在以下几个方面：高分子凝聚态的定义和特点对于我们理解大分子物质的结构和性质具有重要意义，有助于揭示高分子物质的奇特行为。
凝聚态物理学的产生发展和未来
凝聚态物理学的产生，发展和未来凝聚态物理学的产生：凝聚态物理学是从微观角度出发，研究由大量粒子（原子、分子、离子、电子）组成的凝聚态的结构、动力学过程及其与宏观物理性质之间的联系的一门学科。
凝聚态物理是以固体物理为基础的外向延拓。
凝聚态物理学的发展：凝聚态物理以万物皆成于原子为宗旨，以量子力学为基础研究各种凝聚态，这是一个非常雄心勃勃的举措。
凝聚态物理这个学科名称的诞生仅仅是最近几十年的事。
如果追寻一下它的渊源。
应该说出自于对固态中晶态固体的研究和对液态中量子液体的研究。
在对这二种特殊态的长期研究中，人们积累了一些经验，也建立起了一些信心，并逐步把一些已有的方法推广用于非晶态和液晶乃至液态的研究，从而大大拓宽了视野，逐步形成了凝聚态物理。
今天，凝聚态物理的视野还在继续开拓。
然而作为渊源的二种凝聚态即晶态固体和量子液体，时至今日仍然是它主要的研究对象，内容当然越来越丰富了，考虑的问题也越来越深入了。
毕竟我们面临的是同一个自然界，许多现象和规律是普适的。
人们正是通过对一系列特殊态的深入研究来逐步认识和掌握那些普适的规律。
凝聚态物理学是当今物理学最大也是最重要的分支学科之一。
研究由大量微观粒子(原子、分子、离子、电子)组成的凝聚态物质的微观结构、粒子间的相互作用、运动规律及其物质性质与应用的科学。
它是以固体物理学为主干，进一步拓宽研究对象，深化研究层次形成的学科。
其研究对象除了晶体、非晶体与准晶体等固体物质外，还包括稠密气体、液体以及介于液体与固体之间的各种凝聚态物质，内容十分广泛。
其研究层次，从宏观、介观到微观，进一步从微观层次统一认识各种凝聚态物理现象；物质维数，从三维到低维和分数维；结构从周期到非周期和准周期，完整到不完整和近完整；外界环境从常规条件到极端条件和多种极端条件交叉作用，等等，形成了比固体物理学更深刻更普遍的理论体系。
经过半个世纪的发展，凝聚态物理学已成为物理学中最重要、最丰富和最活跃的分支学科，在诸如半导体、磁学、超导体等许多学科领域中的重大成就已在当代高新科学技术领域中起关键性作用，为发展新材料、新器件和新工艺提供了科学基础。
高分子的聚集态结构
热膨胀系数
高分子材料的热膨胀系数与其聚 集态结构密切相关，结晶性高分 子材料的热膨胀系数通常较低。
聚集态结构对光学性能的影响
透明度
高分子材料的透明度与其聚集态结构中的有序程度有关。 结晶性高分子材料通常不透明，而非晶态高分子材料可能 具有较高的透明度。
折射率
高分子材料的折射率与其分子结构和聚集态结构有关。例 如，含有极性基团的高分子材料通常具有较高的折射率。
分子链的堆砌方式
高分子链在聚集态中的排列方式，如结晶态中的晶格排列、非晶 态中的无序堆砌等。
分子链间的相互作用
范德华力、氢键、离子键等相互作用力对分子链排列和堆砌的影 响。
聚集态结构的形成过程
1 2 3
加工过程中的聚集态结构形成
高分子材料在加工过程中，如挤出、注塑、拉伸 等，受到外力作用而发生取向、结晶等结构变化。
聚丙烯等。
优点
非破坏性、高分辨率、 可定量分析等。
局限性
对于非晶态或低结晶度 的高分子材料，分析效
果较差。
电子显微镜法
原理
利用电子束与样品相互作用， 获取高分子的微观形貌、聚集
态结构等信息。
应用范围
适用于各种高分子材料的分析 ，包括结晶性、非晶态和复合 材料等。
优点
高分辨率、直观性强、可观察 三维结构等。
玻璃化转变
非晶态高分子在玻璃化转 变温度下，由玻璃态转变 为高弹态。
取向态结构
分子链取向排列
高分子链在一定条件下，可以沿着特 定方向取向排列。
各向异性
取向度
取向态高分子的取向程度可以用取向 度来表示，取向度越高，物理性能越 优异。
取向态高分子在取向方向上具有优异 的物理性能，如高强度、高模量等。
凝聚态物理学的研究现状与发展趋势
凝聚态物理学的研究现状与发展趋势凝聚态物理学是物理学中最重要、最活跃的领域之一。
它主要研究固体、液体、气体等物质的基本物理性质。
凝聚态物理学已经取得了许多令人惊讶的成就，如超导、磁性、光学、控制量子力学等。
在本文中，我们将对凝聚态物理学的研究现状和发展趋势进行探讨。
一、凝聚态物理学的研究现状凝聚态物理学的研究涉及到物质的性质和结构。
凝聚态物理学家关注的问题包括物质的电学、热学、磁学等各方面的性质，以及这些性质的基本理论。
目前，凝聚态物理学的研究内容主要包括以下几个方面：1. 量子物质的研究：量子物质可以通过加强人造温度等方式得到，主要研究单个电子的行为、自旋等。
在这种条件下，物质表现出不同的性质，这是因为原子的运动是量子物质构成的，所以量子物质具有原子物质所没有的独特性质。
2. 超导和超流体的研究：超导和超流体在科学界和工业界得到了广泛应用，例如磁共振成像和电路理论。
超导物质可以在很低的温度下传导电能，而超流体具有非常低的粘性并且可以完全流动。
3. 低维系统的研究：低维系统可能是凝聚态物理学中最重要的一个领域。
这个领域涉及到体系的几何形态和波动的性质，例如单层石墨烯的电子结构和表面的重构，和单层半导体纳米线的生长和结构变化等。
4. 量子材料和拓扑物相的研究：量子材料是一种新的物质状态，它的性质可以在原子、电子和样品层面上被预测和控制。
拓扑物相是指材料中存在的一些奇特的电子结构，这种结构可以被应用于电子计算和量子通信等领域。
二、凝聚态物理学的发展趋势凝聚态物理学的研究已经不断取得了新的突破。
未来，凝聚态物理学的发展趋势将会继续如下：1. 多物理量的精细调控和研究：多物理量的调控和研究是凝聚态物理学领域中未来的新方向。
多物理量材料的研究将需要研究复杂的集体行为。
2. 量子材料和拓扑物相的研究：量子材料和拓扑物相的研究将是未来凝聚态物理学的主要研究方向之一。
这些材料可能会带来者超过当前凝聚态物理学应用的新功能。
凝聚态物理学的研究与进展
凝聚态物理学的研究与进展凝聚态物理学是研究物质宏观状态的物理学科，主要研究固体、液体和气体等凝聚态物质的性质及其相互作用。
这一领域的研究对于材料科学、能源技术、半导体技术等产业有着重要的意义。
本文旨在介绍凝聚态物理学的研究内容与进展。
一、凝聚态物理学的研究内容凝聚态物理学的研究内容非常广泛，主要包括以下方面：1. 凝聚态物质的结构和物理性质研究物质的微观结构对于理解材料的性质十分重要。
凝聚态物理学家通过实验和理论计算，研究物质的微观结构与其宏观性质的关系，包括热力学性质、电学性质、磁学性质、光学性质等。
2. 凝聚态物质的相变凝聚态物质的相变是指物质由一种相转变为另一种相（如固态、液态、气态等）的过程。
相变不仅是物理学研究的重要课题，对于科学与工程技术的应用也具有极高的价值。
例如，相变储能技术、相变材料的应用等。
3. 凝聚态物质中电子与强子的相互作用凝聚态物质中电子与强子（如质子、中子等）之间的相互作用对固体材料的性质具有重要影响。
如超导材料、磁性材料等的应用。
4. 凝聚态物质中的新现象与新物理凝聚态物理学是物理学中最富有生气和活力的学科之一。
新出现和发展的一些新物理现象，如高温超导、磁性固态材料、凝胶形成，很多还不为人们所完全把握和所理解，但科学家们通过实验与理论的研究，越来越深入地挖掘和发现它们的新性质和特点。
二、凝聚态物理学的研究进展凝聚态物理学自问世以来，一直是物理学研究的重要领域之一。
其研究对于现代科技的发展有着重要的贡献。
近年来，凝聚态物理学的研究不断取得新的成果和进展：1. 量子物理学的兴起量子物理学是凝聚态物理学中最快发展的分支之一。
通过对凝聚态物质的量子性质进行实验和理论计算，物理学家们揭示了许多经典物理理论无法解释的新现象，例如量子液体、量子震荡等。
2. 对凝聚态物质的原子级理解通过加速器与显微术等技术的不断发展，科学家们逐渐能够对凝聚态物质的原子级结构进行观测与实测，为研究凝聚态物质的微观原理提供了有力支持。
高分子背景及前沿
高分子背景及前沿高分子化学作为化学的一个分支，同样也是从事制造和研究分子的科学，但其制造和研究的对象都是大分子，即由若干原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子，称为高分子、大分子或聚合物。
既然高分子化学是制造和研究大分子的科学，对制造大分子的反应和方法的研究，显然是高分子化学的最基本的研究内容。
早在19世纪中叶高分子就已经得到了应用，但是当时并没有形成长链分子这种概念。
主要通过化学反应对天然高分子进行改性，所以现在称这类高分子为人造高分子。
比如1839年美国人G oodyear发明了天然橡胶的硫化；1855年英国人Parks由硝化纤维素（guncotton）和樟脑（camphor）制得赛璐珞（celluloid）塑料；1883年法国人d e Chardonnet发明了人造丝rayon等。
可以看到正是由于采用了合适的反应和方法对天然高分子进行了化学改性，使得人类从对天然高分子的原始利用，进入到有目的地改性和使用天然高分子。
回顾过去一个多世纪高分子化学的发展史可以看到，高分子化学反应和合成方法对高分子化学的学科发展所起的关键作用，对开发高分子合成新材料所起的指导作用。
比如70年代中期发现的导电高分子，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、电活性的被称之为“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。
因此当我们探讨21世纪的高分子化学的发展方向时，首先要在高分子的聚合反应和方法上有所创新。
对大品种高分子材料的合成而言，21世纪初，起码是今后10年左右，metallocene 催化剂，特别是后过渡金属催化剂将会是高分子合成研究及开发的热点。
活性自由基聚合，由此而可能发展起来的“配位活性自由基聚合”，以及阳离子活性聚合等是应用烯类单体合成新材料（包括功能材料）的重要途径。
对支化、高度支化或树枝状高分子的合成及表征，将会引起更多的重视。
高分子材料的凝聚态物理与化学
高分子材料的凝聚态物理与化学近年来，随着科学技术的发展，高分子材料在日常生活中得到越来越广泛的应用，从塑料袋、塑料瓶到复合材料、电子材料等都离不开高分子材料的应用。
高分子材料也被称为“巨分子材料”，是由大量重复单元结构通过共价键或离子键相互连接而成的材料。
在凝聚态物理与化学的研究中，高分子材料是一个重要的研究领域。
本文将重点阐述高分子材料的凝聚态物理与化学，介绍高分子材料的物理和化学性质及其应用。
一、高分子材料的物理性质高分子材料是由大分子构成的材料，其物理性质与分子结构密切相关。
一般来说，高分子材料具有以下物理性质：1. 高分子材料的密度低，一般在0.9~1.5 g/cm3之间，比许多金属和无机材料的密度低得多。
2. 高分子材料具有相对较高的耐热性和耐寒性，不易燃，但易老化、变形和劣化。
3. 高分子材料的杨氏模量和拉伸模量均低于金属和无机材料，但比许多非金属材料高。
4. 高分子材料可以形成复杂的形状，适用于各种加工方法，包括注塑、挤出、压缩成型等。
5. 高分子材料具有良好的电绝缘性能，可以用于制造电子元件、绝缘材料等。
二、高分子材料的化学性质高分子材料的化学性质与分子之间的相互作用有关。
在高分子材料的结构中，分子之间不仅有共价键连接，还存在分子间力和空间排斥力，从而形成了高分子材料的特殊化学性质。
下面是高分子材料的一些典型化学性质：1. 高分子材料不溶于水，但可以溶于有机溶剂，如丙酮、苯、甲苯等。
溶解度取决于分子量大小、极性、分子结构等因素。
2. 高分子材料在特定条件下可以发生交联、聚合等反应，形成与原料不同的材料。
3. 高分子材料对酸、碱、氧化剂等有不同的耐受性。
4. 高分子材料具有防腐、抗氧化、阻燃等性质，可以用于制造各种工业材料。
三、高分子材料的应用高分子材料的应用范围非常广泛，特别是在现代工业生产和日常生活中，高分子材料已成为重要的材料之一。
以下是高分子材料的一些典型应用：1. 塑料制品。
高分子物理 第2章 聚合物的凝聚态结构资料
原因
聚合物没有气态的原因:
1）聚合物分子量很大，分子链很长； 2）聚合物中总范德华力超过化学键的键能； 3）消除所有的范德华力作用以前化学键断列而分解。
范德华力与化学键的区别 ？
化学键: 是构成分子的原子键的作用力吸引力和排斥 力达到平衡时形成的稳定的键。
共价键，离子键，金属键
范德华力: 是存在于分子间或者分子内非键合原子 间的相互作用力。
PE球晶的微光显微镜照片
PE球晶的电子显微镜照片
研究球晶的结构、形成条件、影响因素和变形 破坏，有着十分重要的实际意义：
◆ 球晶的大小直接影响聚合物的力学性能，球晶越大，材 料的冲击强度越小，越容易破裂。
◆ 球晶的大小对聚合物的透明性也有很大影响，通常非晶 聚合物是透明的，而结晶聚合物由于存在晶相和非晶 相，两相折射率不同，使得物质呈现乳白色而不透明。
★ CED=300 — 400J/cm3聚合物，为塑料。
192 4
例1 : 根据高聚物的分子结构和分子间作用能，定性地讨 论表中所列各高聚物的性能。
高聚物 聚乙烯 聚异丁烯 天然橡胶 聚丁二烯 丁苯橡胶 聚苯乙烯
内聚能密度 高聚物
259
聚甲基丙烯酸甲酯
272
聚醋酸乙烯酯
280
聚氯乙烯276源自聚对苯二甲酸乙二酯由晶体结构（十分之几纳米）堆砌而成的晶体外形， 尺寸一般可达到几十微米，有时可以达到几厘米。
聚合物的结晶形态有几种
按结晶条件不同可以分为以下几种类型：
结晶形态
单晶 树枝状晶
柱晶
球晶 纤维状晶和串晶
伸直链晶
第二节 结晶聚合物
3、聚合物的结晶形态 1）单晶 单晶的结构特点: ◆ 只能在极稀的溶液中（0.01~0.1%)缓慢结晶时生成的; ◆ 聚合物单晶的横向尺寸可以从几微米到几十微米，
高分子凝聚态物理及其进展
高分子凝聚态物理及其进展绪论（Introduction）§0-1 高分子凝聚态物理基本概念自从二十世纪二十年代H. Staudinger提出“大分子（macromolecule）”概念以来，高分子科学取得突飞猛进的发展。
在高分子科学中，高分子凝聚态物理学始终是其最重要的组成部分之一。
所谓凝聚态，是指由大量原子或分子以某种方式（结合力）聚集在一起，能够在自然界相对稳定存在的物质形态[1]。
高分子凝聚态物理学即是以现代凝聚态物理学中的新概念、新理论、新实验方法与高分子材料和高分子科学的特点相结合，用以说明、理解高分子材料复杂的结构、形态、分子运动、各种特殊的聚集状态及其相态转变，以及这种结构、相态特点与大分子聚合物作为材料使用时所体现出的特殊性能、功能间的关系。
近年来，高分子凝聚态物理学又出现新的发展高峰。
随着现代凝聚态物理学的发展，大量新观点、新思想、新的研究方法纷纷被引用到高分子物理学的研究中，成为高分子科学新的研究前沿[2,3,4,5]。
比较有代表性的研究成果有：大分子单链凝聚态和单链单晶；软物质概念及高分子材料的软物质特征；大分子蛇行蠕动模型及对分子链缠结现象的说明；聚合物相变中的亚稳态现象和临界现象；分子间相互作用力及超分子组装和自组装；逾渗模型及其在高分子科学中的应用等，每一领域都包含丰富的研究内容，揭示出许多新的有趣的现象和规律。
法国科学家P. G. de Gennes是现代高分子凝聚态物理研究的集大成者。
他所著作的“高分子物理学中的标度概念”以极其简明的语言和普适的幂函数规律深刻揭示了大分子特有的运动形式和规律，成为当今高分子物理学的经典名著。
他在其诺贝尔奖获奖典礼上以“软物质”（soft matter）[5]为题总结了现代高分子凝聚态物理的研究成果和研究前沿。
从字面理解，软物质是指触摸起来感觉柔软的那类凝聚态物质。
严格些讲，软物质是指相对于弱的外界影响，比如施加给物质瞬间的或微弱的刺激，都能作出相当显著响应和变化的那类凝聚态物质。
高分子科学的近期发展趋势与若干前沿
高分子科学的近期发展趋势与若干前沿董建华(国家自然科学基金委员会化学科学部,北京100085)摘要:分别按高分子合成化学、高分子科学与生命科学的交叉研究、光电磁活性功能高分子、超分子组装与高级有序结构构筑、高分子物理与高分子物理化学、高分子加工新原理、新方法等,对高分子科学近期主要发展趋势和若干前沿方向做一综述。
关键词:高分子科学; 主要发展趋势; 前沿进展近年世界高分子科学在诸多领域取得重要进展,主要是控制聚合、超分子聚合物、聚合物纳米微结构、高通量筛选高分子合成技术、超支化高分子、光电活性高分子等方面。
1 高分子合成化学高分子科学的诞生源于高分子合成化学。
世界上目前每年生产的2 万多亿吨高分子都是以高分子合成化学为基础而实现的。
因此,高分子合成化学作为高分子科学重要的基础和支撑分支学科,其发展对高分子科学与工程发展起着十分重要的推动作用。
高分子合成化学研究从单体合成开始,研究高分子合成化学中最基本问题,探索新的催化剂体系、精确控制聚合方法、反应机理以及反应历程对产物聚集态的影响规律等,高分子合成化学基础研究具有双重作用,一是运用已有合成方法研究聚合物结构调控;二是设计新的合成方法,获得新颖聚合物。
20 世纪90 年代以来在高分子合成化学领域中,前沿领域是可控聚合反应,包括立构控制,相对分子质量分布控制,构筑控制、序列分布控制等。
其中,活性自由基聚合和迭代合成化学研究最为活跃。
活性自由基聚合取得了许多重要的成果,但还存在一些问题。
活性自由基的发展前景,特别是工业应用前景以及未来研究工作趋势是令人关心的问题。
对于活性自由基聚合反应机理的深入研究、在较低的温度下能快速进行聚合的研究是目前受到关注的研究方向。
迭代合成化学是唯一可用来制备多肽、核酸、聚多糖等生物高分子和具有精确序列、单分散非生物活性高分子齐聚物的方法。
树枝状超支化高分子的合成就是此合成策略的成功应用例证之一,是过去10 年高分子合成中最具影响力的发展方向。
高分子物理第二章高分子凝聚态结构
凝聚态(聚集态)与相态
凝聚态：物质的物理状态, 是根据物质的分子运动在 宏观力学性能上的表现来区分的, 通常包括固、液、 气体（态），称为物质三态
相态：物质的热力学状态，是根据物质的结构特征和 热力学性质来区分的，包括晶相、液相和气相（或态）
一般而言，气体为气相，液体为液相，但固体并不都 是晶相。如玻璃(固体、液相)
xcwvvaavvc
ρc(ρρa) ρ(ρcρa)
高分子物理第二章高分子凝聚态结构
2. X射线衍射法
Ac x 10% 0 c
A KA c a 高分子物理第二章高分子凝聚态结构
3.量热法(DSC）
（Differential scanning calorimetry - DSC
DSC sensor
其他在结晶中分子链取平面锯齿形构象的聚合物还 有脂肪族聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇等。
实验证明，等规PP的分子链呈螺旋状结构，
高分子物理第二章高分子凝聚态结构
晶胞密度： c
MZ N AV
其中: M----结构单元分子量 Z----单位晶胞中单体(即链结构单元)的数目 V----晶胞体积 NA----为阿佛加德罗常数
小角中子散射本体和溶 剂中的均方旋转半径相同
局部有序模型
1972年Yeh两相球粒模型, 认为非晶聚合物中具有 3~10nm范围的局部有序 性。
非晶态聚合物密度要比 无规线团计算的密度高
TEM形态结构观察,球 粒结构
高分子物理第二章高分子凝聚态结构
高分子物理第二章高分子凝聚态结构
高分子物理第二章高分子凝聚态结构
取向态:纤维和薄膜必不可少的加工过程，了解取向因子的
含义和掌握取向度的测定方法具有十分重要的意义。
对高分子凝聚态的几个基本物理问题探讨
对高分子凝聚态的几个基本物理问题探讨1. 引言1.1 高分子凝聚态的重要性高分子凝聚态是研究物质在凝聚态中的高分子结构、性质和行为的重要领域。
高分子凝聚态在材料科学、物理学和化学等多个领域具有广泛的应用和研究价值，对于开发新材料、改善材料性能、提高生产效率和节约资源具有重要意义。
高分子凝聚态的研究不仅可以揭示高分子材料在不同环境下的行为规律，还可以为优化制备工艺、改进性能和设计新材料提供科学依据。
通过深入理解高分子凝聚态的结构和性质，可以实现制备高性能材料、开发绿色环保材料以及探索新型功能材料的可能性。
对高分子凝聚态的研究具有重要的理论和实践意义，对提高科技创新能力和促进社会经济发展具有积极的推动作用。
1.2 研究的背景和意义高分子凝聚态是固体物理学和高分子化学领域的交叉研究领域，其研究对象是由长链高分子分子构成的凝聚相。
高分子凝聚态的研究具有重要的理论和实践意义，不仅对于深化对高分子结构与性质之间关系的理解，还有助于开发新材料、提高材料性能、解决环境污染等方面具有重要意义。
高分子在凝聚态中的行为受到晶体结构、分子间相互作用、链段运动等因素的影响，研究高分子凝聚态的行为有助于揭示高分子材料的性能和应用特性。
高分子凝聚态中的相变现象和动力学过程也是研究的重点之一，通过对高分子凝聚态中相变和动力学过程的研究，可以为材料工程、生物医学、环境科学等领域的应用提供理论基础和技术支持。
对高分子凝聚态的基本物理问题进行探讨，不仅可以深化对高分子材料的认识，还可以为材料设计与制备、性能优化、应用推广等方面提供重要指导。
未来，随着科学技术的发展和需求的不断变化，高分子凝聚态的研究将继续受到重视，并有望在新材料、能源储存、生物医学等领域发挥更大的作用。
2. 正文2.1 高分子结构与性质的关系探讨高分子结构与性质的关系是高分子凝聚态物理研究的核心问题之一。
高分子的性质受其分子结构的影响，而分子结构是由高分子链的排布、取向和相互作用所决定的。
凝聚态物理学发展状况
§1 凝聚态物理学发展状况凝聚态物理学研究物质的宏观物理性质的学科。
所谓“凝聚态”，指的是由大量粒子组成，并且粒子间有很强相互作用的系统。
自然界中存在着各种各样的凝聚态物质。
固态和液态是最常见的凝聚态。
低温下的超流态，超导态，玻色-爱因斯坦凝聚态，磁介质中的铁磁态，反铁磁态等，也都是凝聚态。
研究凝聚态物质的宏观性质及其微观本质的物理学分支。
凝聚态物质的共同特点是原子（或分子）的间距与原子（或分子）本身的线度有大致相同的数量级，因而原子（或分子）间有较强的相互作用，这使凝聚态物质表现出具有一定的体积和压缩率很小这些共同的宏观特征；在微观结构上则具有长程有序（晶体）或短程有序（液体）的特点（见非晶态）。
与气体相比，凝聚态物质具有迥然不同且更为多样化的属性。
凝聚态物理学涉及范围极广的研究领域。
自建立了量子理论后，晶态固体的一系列基本宏观性质得到了较好的理论解释，逐渐形成了较完整的晶态物理学基础。
以后，晶态物理所研究的内容又有极大的扩展，如开始了对非晶态固体的研究，从完整的和纯净的晶体转移到对杂质和缺陷的研究，从体内性质扩展到表面和界面性质的研究，由平衡态转向瞬态、亚稳态和相变的研究，从常温常压条件转向极低温和超高压条件下的研究，以及从普通晶格扩展到超晶格（一种由不同单晶薄膜周期性地交替叠合而成的人工晶格）的研究，等等。
所有这些构成了固体物理学这个宏大学科，按所研究的问题的不同，固体物理学又分出结晶学、金属物理学、半导体物理学、电介质物理学、磁性物理学、表面物理学和超导物理学等分支学科。
凝聚态物理学除上述内容外还包括对液态氦和液晶的研究内容。
凝聚态物理学由于其实用性强，与其他自然科学领域联系紧密，已成为物理学发展的重点之一。
目前凝聚态物理学面临的主要问题是铁磁态和高温超导体的理论模型。
1. 概况凝聚态物理学是从微观角度出发，研究由大量粒子（原子、分子、离子、电子）组成的凝聚态的结构、动力学过程及其与宏观物理性质之间的联系的一门学科。
凝聚态物理的回顾与展望
凝聚态物理的回顾与展望凝聚态物理是研究物质的宏观性质的科学领域，涉及固体和液体等物质状态的性质和行为。
它的研究对象包括固体的晶体结构、物质的磁性、超导性、电子结构等。
凝聚态物理的发展历程可以追溯到19世纪，而如今它已经成为物理学的重要分支之一。
过去几十年来，凝聚态物理取得了许多重要的突破和进展。
其中之一是关于固体的研究。
通过对晶体结构和电子结构的深入研究，我们对物质的性质和行为有了更加全面的理解。
例如，我们发现了新的材料，如石墨烯和拓扑绝缘体，这些材料具有独特的电子性质，对电子学和能源领域具有重要的应用价值。
另一个重要的进展是对凝聚态物质的量子行为的研究。
量子力学的原理在微观尺度上起作用，但在凝聚态物理中，我们发现这些原理也适用于宏观物质。
例如，超导性和量子霍尔效应等现象的出现都与量子行为密切相关。
这些发现不仅深化了我们对物质本质的理解，还为新型量子器件和量子计算提供了奠基。
凝聚态物理的研究还推动了纳米技术的发展。
通过控制和操纵纳米尺度上的物质结构，我们可以制备出具有特殊性能和功能的材料。
这些材料在电子学、光学、生物医学等领域具有广泛的应用潜力。
纳米材料的研究也为我们提供了探索新物理现象和开展基础研究的机会。
展望未来，凝聚态物理仍然面临着许多挑战和机遇。
一方面，我们需要进一步深入理解物质的量子行为，探索更多的量子现象和效应。
另一方面，我们需要开发新的实验技术和理论模型，以解决复杂系统的问题。
例如，如何理解高温超导和量子相变等现象仍然是凝聚态物理的研究热点。
凝聚态物理的研究也需要与其他学科进行交叉与融合。
材料科学、化学、生物学等领域的进展将为凝聚态物理提供新的研究思路和实验手段。
例如，通过将凝聚态物理与生物学相结合，我们可以研究生物材料的性质和功能，为生物医学和生物技术提供新的解决方案。
总的来说，凝聚态物理作为物理学的重要分支，对我们理解物质的本质和开发新的材料具有重要意义。
过去几十年来的研究已经取得了许多重要的突破，而未来的发展将继续推动科学和技术的进步。
高分子物理-第二章-高分子凝聚态ppt课件.ppt
Row nucleation
(4) 串晶 Shish-kebab structure
较低温度下， 边结晶边搅拌
PE
i-PS
(5) 伸直链晶
聚合物在高压 和高温下结晶 时，可以得到 厚度与其分子 链长度相当的 晶片
Extended chain crystal of PE Needle-like extended chain crystal of POM
球晶结构示意图
环带球晶
聚乙烯
偏光显微镜下球晶的生长
聚乙烯在125℃等温结晶
球晶的生长过程
控制球晶大小的方法
球晶的大小对性能有重要影响：球晶大透明性差、 力学性能差，反之，球晶小透明性和力学性能好。
（1） 控制形成速度：将熔体急速冷却，生成较小 的球晶；缓慢冷却，则生成较大的球晶。 （2）采用共聚的方法：破坏链的均一性和规整性， 生成较小球晶。 （3）外加成核剂：可获得小甚至微小的球晶。
《2》折叠链模型 （50年代 A。Keller提出）
实验现象：电子显微镜观察到几十微米范围的PE单晶 测得晶片厚度约为100A，且与分子量无关 X衍射还证明分子主链垂直晶片平面
提出模型：分子链规则地折叠形成厚100A的晶片 晶片再堆砌形成片晶
可以解释：片晶、球晶的结晶形态 不能解释：单晶表面密度比体密度低
nl = 2dhklsinq
n=1, 2, 3, …称为衍射级数
q为衍射角
多晶样品的衍射花样
样品
铝箔的X-射线和电子射线衍射花样
X-射线衍射花样
电子射线衍射花样晶体样品的 Nhomakorabea射曲线2.1.2 聚合物在晶体中的构象
等同周期(或称纤维周期)：高分子晶体中， 在 c 轴方向化学结构和几何结构重复单元 的距离。
高分子物理第二章 高分子的凝聚态结构
范德华力
诱导力：极性分子的永久偶极与它在邻近分子上引起的诱导 偶极之间的相互作用力。6~13KJ/mol
色散力：是分子瞬间偶极之间的相互作用。是一切分子中， 电子在诸原子周围不停的旋转着，原子核也不停的振动着， 在某一瞬间，分子的正负电荷中心不相重合，便产生了瞬间 的偶极。色散力存在于一切分子中，是范德华力最普遍的一 种。0.8~8KJ/mol
立方晶系
六方晶系
四方晶系
三方晶系
正交晶系
单斜晶系
三斜晶系
第二章 高分子的凝聚态结构
2.1.1 晶体结构的基本概念
(3)晶面和晶面指数
结晶格子内所有的格子点全部集中在相互平行的等间 距的平面群上，这些平面叫做晶面
第二章 高分子的凝聚态结构
2.1.1 晶体结构的基本概念
晶面指数 从不同的角度去观察某一晶体，将会见到不同的晶面， 所以需要标记，一般常以晶面指数（Miller指数）来 标记某个晶面
2.1.1 晶体结构的基本概念
（1）空间格子(空间点阵)：把组成晶体的质点抽象成 几何点，有这些等同的几何点的集合所形成的格子， 点阵中每个质点代表的具体内容为晶体的结构单元。
晶体结构
= 空间点阵 + 结构基元（重复单元） 第二章 高分子的凝聚态结构
2.1.1 晶体结构的基本概念
（2）晶胞和晶系
第二章 高分子的凝聚态结构
高分子的结构
高分子的结构
高分子链的结构
近程结构 （一次结构）
化 学 组 成 分 子 构 造
共 聚 物 序 列 结 构
远程结构 （二次结构）
构 型
大 小
柔 顺 性
高 分（ 子三 聚次 集结 态构 结） 构
第二章 高分子的凝聚态结构
对高分子凝聚态的几个基本物理问题探讨
对高分子凝聚态的几个基本物理问题探讨
高分子凝聚态是指高分子在一定条件下形成的凝聚态结构，包括高分子固态、高分子
液态和高分子胶态。
在研究高分子凝聚态时，需要探讨几个基本物理问题：
1. 高分子的分子结构和物理性质
高分子的物理性质与其分子结构密切相关。
高分子分子结构的形态、结构稳定性、分
子量、分子间作用力等都会影响高分子的物理性质。
因此，在研究高分子凝聚态时，需要
对高分子的分子结构和物理性质进行综合分析。
2. 高分子的相变行为
高分子凝聚态会随着温度、压力等条件的变化而发生相变行为。
相变行为包括高分子
的固液相变、液气相变以及固气相变等。
在研究高分子凝聚态时，需要探讨高分子相变行
为的机理和规律，从而更好地理解高分子在不同环境下的物理行为。
高分子凝聚态中的高分子分子间相互作用力比较强，因此其动态行为表现出独特性质，如单链分子的输运、高分子的扩散行为、聚集态的动力学等。
在研究高分子凝聚态时，需
要探讨高分子的动态行为，从而更好地理解高分子在不同环境下的物理行为。
4. 高分子凝聚态的热力学性质
高分子凝聚态的热力学性质是研究高分子凝聚态的重要方面。
高分子凝聚态的热力学
性质包括热力学势、热容、熵等等。
在研究高分子凝聚态时，需要对高分子凝聚态的热力
学性质进行分析。
总的来说，高分子凝聚态的研究是众多理论和实验研究机构一直探索的领域。
对于高
分子凝聚态的几个基本物理问题的探讨，有助于我们更好地理解高分子在不同环境下的表
现和物理行为，为高分子材料的应用开发提供更好的理论指导。
对高分子凝聚态的几个基本物理问题探讨
对高分子凝聚态的几个基本物理问题探讨高分子链的自由度和运动行为是研究的重点之一。
高分子链通常是由成千上万个单体单元组成的长链，具有广泛的自由度。
高分子链的自由度可以通过链的柔性和自由旋转等来描述。
研究高分子链的自由度有助于理解高分子材料的物理性质，如热膨胀性和流变性等。
了解高分子链的自由度还可以帮助优化高分子材料的合成方法和加工工艺。
高分子的空间排布对于高分子凝聚态性质的影响也是一个重要问题。
高分子链可以形成不同的排列方式，如均聚态、缠绕态和晶态等。
这些不同的排列方式会影响高分子材料的物理性质，例如机械性能和光学性质等。
研究高分子链的空间排布对于理解高分子凝聚态的性质具有重要意义。
高分子凝聚态中的相变行为也是一个重要的研究领域。
相变是物质由一种状态到另一种状态的转变过程，常见的相变包括液-气相变、液-固相变和固-固相变等。
高分子材料中的相变行为受到分子之间相互作用的影响，因此具有复杂性和多样性。
研究高分子凝聚态中的相变行为有助于理解高分子材料的结构稳定性和应用性能。
高分子凝聚态的动力学行为也是一个研究的重要方向。
高分子链的运动行为会影响高分子材料的物理性质和化学反应性能。
研究高分子凝聚态中的动力学行为有助于理解高分子材料的流变性质和传输性能等。
研究高分子凝聚态的动力学行为还有助于优化高分子材料的应用性能和开发新的高分子材料。
高分子凝聚态的基本物理问题包括高分子链的自由度和运动行为、高分子的空间排布、相变行为和动力学行为等。
研究这些基本物理问题对于理解和应用高分子材料具有重要意义，有助于优化高分子材料的合成和加工工艺，扩展高分子材料的应用领域。
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第五章 逾渗理论及在聚合物科学中的应用 §5-1 主要物理量和主要逾渗函数 5-1-1 键逾渗，座逾渗，联键百分率， 键逾渗，座逾渗，联键百分率，逾渗阈值 5-1-2 集团平均大小， 集团平均大小，逾渗概率 5-1-3 连通率（电导率） 连通率（电导率），平均跨越长度 5-1-4 临界指数和标度率 §5-2 无规密堆积及连续区上的逾渗过程 5-2-1 无规密堆积上的逾渗过程 5-2-2 临界分数体积， 临界分数体积，临界键数 5-2-3 连续区上的逾渗过程 §5-3 逾渗模型在聚合物相变中的应用 5-3-1 溶胶-凝胶转变 凝胶转变， 溶胶 凝胶转变，Flory-Stockmayer理论 理论 5-3-2 逾渗模型在溶胶-凝胶转变中的应用 逾渗模型在溶胶 凝胶转变中的应用 5-3-3 聚合物的硫化和交联 §5-4 逾渗模型在聚合物改性研究中的应用 5-4-1 聚合物增韧增强改性中的逾渗现象 5-4-2 聚合物功能化改性中的逾渗现象
高分子单链凝聚态 与单链单晶 (Single-chain condensed state and it’s mono-crystal)
第一章
高分子凝聚态物理及其进展
研究生班使用
青岛科技大学高分子科学与工程晶 §1-1 引言 §1-2 单链高分子试样的制备 §1-3 单链单晶 1-3-1 单链单晶的制备 1-3-2 单链单晶的形态 1-3-3 单链单晶的结构表征 1-3-4 TPI、PE晶体晶型的电子衍射分析 、 晶体晶型的电子衍射分析 1-3-5 其他结构性质 §1-4 单链玻璃态颗粒 §1-5 单链高分子在高弹态的拉伸行为 §1-6 单链凝聚态到多链凝聚态的转变
第二章 软物质概念和高分子浓厚体系的分子模型 §2-1 软物质概念和高分子材料的软物质特征 §2-2 高分子浓厚体系的性质 2-2-1 溶液和浓厚体系的特征分界浓度 2-2-2 高分子溶液结构状态随浓度的变化 2-2-3 高分子链的相互交盖穿越 2-2-4 长程缠结的概念 §2-3 缠结高分子的模型化 ——蠕动模型（Reptation model） 蠕动模型（ 蠕动模型 ） 2-3-1 de Gennes的蠕动模型 的蠕动模型 2-3-2 Doi-Edwards模型 模型 2-3-3 Doi-Edwards理论的初步评价 理论的初步评价 标度理论简介（后详） §2-4 de Gennes 标度理论简介
第三章 高聚物的相及相转变中的亚稳态现象 §3-1 引言 §3-2 相及相转变 §3-3 亚稳定性和亚稳态 §3-4 高分子结晶中的亚稳态现象 §3-5 高分子液晶的亚稳定性 §3-6 多相共混高聚物相分离中的亚稳态现象 3-6-1 高聚物共混热力学 3-6-2 相图与相分离 3-6-3 相分离与玻璃化转变和结晶过程的关系
第四章 分子间相互作用和超分子组装 §4-1 分子间相互作用 4-1-1 引言 4-1-2 常见的分子间相互作用 4-1-3 氢键、π-π相互作用、憎水相互作用 氢键、 相互作用、 相互作用 超分子化学、分子组装、 §4-2 超分子化学、分子组装、超分子组装及自组装 4-2-1 包含化合物 4-2-2 超分子液晶高分子 4-2-3 超分子组装及自组装 4-2-4 新型超分子化合物和超分子聚合物（后详） 新型超分子化合物和超分子聚合物 §4-3 含刚性主链及柔性支链高分子的构象及相转变的研 究