高分子材料结构与性能9 界面现象
高分子材料中的界面现象及其应用
高分子材料中的界面现象及其应用高分子材料是指由单体经过聚合反应得到的聚合物，具有多种物理、化学和力学性质，广泛应用于医学、电子、汽车、建筑等领域中。
而高分子材料中的界面现象则是指在高分子材料的表面或者内部，由于材料性质发生变化而产生的各种现象。
在高分子材料的应用中，界面现象是一个非常重要的问题。
它直接影响到高分子材料的性质和使用效果。
下面我们从界面现象的基本原理、表面改性和材料应用等方面来分析高分子材料中的界面现象及其应用。
一、界面现象的基本原理高分子材料的界面现象主要包括吸附、电荷、亲疏水性、界面张力和界面电势等方面。
其中，吸附是指高分子材料表面吸附溶质的过程。
例如，在高分子材料表面吸附上一层有机分子，如十六烷基三甲基氯化铵，可以增加材料的亲水性。
此外，高分子表面的吸附还可以增加界面的粘附力。
电荷也是影响高分子材料界面现象的重要因素。
材料表面的化学性质和电荷特征会影响附属电势的大小和分布。
一般情况下，带负电的表面会吸引阳离子，而带正电的表面则会吸引阴离子。
亲疏水性是指高分子材料表面的亲水性和疏水性。
亲水性好的材料表面会吸引水分子，而疏水性好的材料表面会排斥水分子。
因此，在材料表面上引入疏水性分子可以有效地抑制材料的水分解反应。
界面张力则是指高分子材料界面上的一个力学角度的概念。
界面电势是指在高分子材料界面上的电势差。
以上这些基本原理都会影响到高分子材料的表面性质。
因此，人们需要通过界面改性的方法来对高分子材料进行改良，以达到更好的性能和效果。
二、表面改性表面改性是界面现象技术中的一种重要方法，它可以改善高分子材料的表面性质，从而提高材料的特性和应用效果。
表面改性主要有两种方法：物理改性和化学改性。
物理改性主要是通过对高分子材料表面进行物理加工，来改善材料的表面性质。
物理改性方法包括气相沉积、溅射沉积、离子束喷射、激光喷涂等。
这些方法可以通过改变材料表面的粗糙度或者结构，来改善材料的表面特性。
比如，气相沉积在高分子材料表面上形成一层陶瓷、金属或者金属氧化物，能够有效地提高材料的耐磨性和导电性等特性。
高分子物理---第九章-聚合物的粘性流动
(5) 熔体结构的影响
当分子量相同时， 当T在160~200℃时，η乳液PVC<η悬浮PVC 当T>200℃时， η乳液PVC≈η悬浮PVC 此时，乳液法PVC中颗粒已完全消失，因而
粘度差别不大。
影响熔体粘度的因素
9.1.6 高聚物流体流动中的弹性表现
②高聚物在模孔内流动时，由于切应力的作用，产生法 向应力效应，由法向应力差所产生的弹性形变在出口模 后回复，因而挤出物直径涨大。
三 、不稳定流动—熔体破裂(melt fracture)现象
所谓熔体破裂现象是高聚物熔体 在挤出时，如果剪切速度过大， 超过某一极限值时，从口模出来 的挤出物不再是平滑的，会出现 表面粗糙、起伏不平、螺旋皱纹、 挤出物扭曲甚至破碎等现象，也 称为不稳定流动。
实际中应避免不稳定流动。
四、 影响高聚物熔体弹性的因素 1.剪切速率：随剪切速率增大，熔体弹性效应增大。
* * 0 ei 0 (cos i sin ) 0 sin i20 cos i
* i0
i0
0
i
B
2.温度：温度↑，大分子松弛时间τ变短，高聚物熔体弹 性↓。
3.分子量及分子量分布
2F2B
表示改性情况
表示密度范围 1.ρ<0.922 2.=0.923~0.946
MFR=2
用途 Film
门尼粘度（Mooney Viscosity）
测定橡胶半成品或生胶的粘度大小的一种方法。门尼粘
度通常是在 100℃和一定的转子转速（2 r/min），测定
橡胶的阻力。
表示方法
ML
100 1+4
50
定为, 称牛顿极限粘度, 又类似牛顿流体行为。
高分子物理课程电子教案
高分子物理课程电子教案第一章：高分子物理概述1.1 高分子的定义与分类1.2 高分子的基本性质1.3 高分子材料的制备与加工1.4 高分子物理的研究内容与方法第二章：高分子链的结构与运动2.1 高分子链的结构模型2.2 高分子链的构象2.3 高分子链的布朗运动与扩散2.4 高分子链的相变与临界现象第三章：高分子溶液3.1 高分子溶液的制备与性质3.2 高分子溶液的流变行为3.3 高分子溶液的凝胶化现象3.4 高分子溶液的吸附与沉淀第四章：高分子凝聚态结构4.1 高分子凝聚态的基本特征4.2 高分子凝聚态的构象统计4.3 高分子凝聚态的相变与有序化4.4 高分子凝聚态的微观结构分析方法第五章：高分子材料的性能与应用5.2 高分子材料的热性能5.3 高分子材料的光学性能5.4 高分子材料的应用领域第六章：高分子材料的电学性能6.1 高分子材料的导电性6.2 高分子材料的绝缘性6.3 高分子材料的介电性能6.4 高分子材料在电化学应用中的应用第七章：高分子材料的光学性能7.1 高分子材料的光吸收与发射7.2 高分子材料的光散射与折射7.3 高分子材料的光开关与光存储7.4 高分子材料在光电子学中的应用第八章：高分子材料的热性能8.1 高分子材料的热稳定性8.2 高分子材料的熔融与玻璃化转变8.3 高分子材料的导热性8.4 高分子材料在热控应用中的应用第九章：高分子材料的力学性能9.1 高分子材料的弹性与塑性9.2 高分子材料的强度与韧性9.4 高分子材料在力学应用中的应用第十章：高分子材料的环境与可持续性10.1 高分子材料的环境影响10.2 高分子材料的生物降解与可再生性10.3 高分子材料的环境友好性设计10.4 高分子材料的可持续性发展前景第十一章：高分子材料的现代分析技术11.1 核磁共振谱（NMR）11.2 凝胶渗透色谱（GPC）11.3 差示扫描量热法（DSC）11.4 扫描电子显微镜（SEM）与透射电子显微镜（TEM）第十二章：高分子材料的界面与相互作用12.1 高分子与高分子之间的相互作用12.2 高分子与溶剂之间的相互作用12.3 高分子材料界面性质的调控12.4 界面现象在高分子材料中的应用第十三章：高分子材料的功能化与复合化13.1 高分子材料的功能化途径13.2 功能高分子材料的设计与合成13.3 高分子复合材料的制备与性能13.4 功能化高分子复合材料的应用第十四章：生物高分子与生物医用高分子14.1 生物高分子概述14.2 蛋白质与核酸的生物高分子特性14.3 生物医用高分子材料的应用14.4 生物可降解高分子材料的研究与发展第十五章：高分子物理课程总结与展望15.1 高分子物理课程的主要内容回顾15.2 高分子物理领域的前沿动态15.3 高分子材料在未来的发展趋势15.4 学生自主研究项目的设计与实践重点和难点解析第一章：高分子物理概述重点：高分子概念、分类及基本性质。
高分子物理-第9章(1高分子的屈服和强度)
• 力学性能是高聚物优异物理性能的基础 • 如：某高聚物摩擦、磨耗性能优良，但力学性能
不好，很脆——不能用它作减摩材料
• 如：作电线绝缘材料的高聚物，也要求它们有一
定的力学性能：强度和韧性。如果折叠几次就破 裂，那么这种材料的电绝缘性虽好，也不能用作 电线。
弹性 Elasticity
普弹性 高弹性 High elasticity
Strain softening 应变软化 B
B Y
Y
N
D
A A
plastic deformation
塑性形变
Strain hardening 应变硬化
E A A
O A
B
y
从曲线上可得评价聚合物性能的力学参数:
Y: yield point屈服点
y yield strength 屈服强度 yelongation at yield 屈服伸长率
产生强迫形变－“冷拉”
不同点：冷拉的温度范围：
非晶态Tb～Tg 结晶态Tg～Tm
对晶态聚合物拉伸过程，伴随着凝聚态结构的变化
2.3 取向聚合物的应力-应变曲线：
– 聚合物材料在取向方向上的强度随取向程度的 增加而很快增大，此时，分子量和结晶度的影响 较小，性能主要由取向状况所决定。高度取向时， 垂直于取向方向上材料的强度很小，容易开裂。
F
a
F
Fas =Fsina
横截面A0, 受到的应力 0=F/A0
斜截面Aa = A0 / cosa
法向应力
σαn
=
Fαn Aα
= σ0cos2α
剪切应力
σαs
=
Fαs Aα
=
1 2
高分子材料的界面化学及应用
高分子材料的界面化学及应用高分子材料是一种基础性的材料，在工业制造中有着广泛的应用。
与其他材料相比，高分子材料具有成本低、制造工艺简单、机械性能优良等特点。
随着现代科技的不断发展，高分子材料在其中的应用也越来越重要。
本文将重点讲述高分子材料的界面化学及其应用。
一、高分子材料的界面化学概念界面化学是指研究物质在不同相（如固、液、气等）之间的相互作用规律及其导致的物质性质变化的一门学科。
在高分子材料领域，高分子与其他相（如金属、玻璃、陶瓷以及有机物等）之间的互作用就是一种典型的界面现象。
高分子材料的特殊性质使其在与其他材料的接触区域出现新的物理、化学、力学和电学性质。
这种区域就是高分子材料与其他相之间的界面。
高分子材料与其他相之间发生的化学反应和物理交互作用导致了高分子材料界面性质的变化。
界面化学主要包括物理化学、电化学、催化化学、表面化学、胶体化学等学科。
二、高分子材料界面化学的应用1.高分子材料的涂料应用高分子材料在涂料中的应用非常广泛。
高分子材料在涂料中可以提高涂层的附着力、硬度、耐磨性、抗腐蚀性、耐候性和色彩稳定性等性能。
这些增加的性能是由于高分子材料与基础材料之间的交互作用引起的。
2.高分子材料的电子行业应用高分子材料在电子行业中的应用非常广泛，例如高分子电解质、导电高分子和高分子固态电解质。
这些高分子材料在电子行业中的应用都是通过高分子材料与其他材料之间的界面化学作用来达到的。
3.高分子材料的生物医疗应用高分子材料在医疗领域中的应用广泛，例如高分子纤维、高分子水凝胶和高分子生物降解材料等。
这些高分子材料在医疗领域中的应用也是通过高分子材料与其他材料之间的界面化学作用来实现的。
4.高分子材料的环保应用高分子材料在环保领域中的应用主要是作为油污吸附剂、水处理剂以及空气污染控制材料等。
高分子材料的界面化学特性可以使其在油水界面上呈现出亲油性而吸附油类污染物，并可以通过调整高分子材料分子结构和表面性质来达到更好的环保效果。
高分子聚合物结构特点与性能
塑料成料的结构特点、物 理状态、热力学曲线与加工适应性、流变性质、熔体弹性、 加热与冷却、成型过程的物理与化学变化等。 目的与要求 (1)掌握聚合物的结构类型与物理状态。 (2)了解聚合物的流变方程，并会定性应用分析。 (3)掌握聚合物成型过程中的物理与化学变化。 (4)了解聚合物熔体的弹性及残余应力。
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1）线型聚合物的物理特性具有弹性和塑性，在适当的溶剂 中可溶解，当温度升高时，则软化至熔化状态而流动，可 以反复成型，这样的聚合物具有热塑性。 2）体型聚合物的物理特性是脆性大、弹性较高和塑性很低， 成型前是可溶和可熔的，而一经硬化成型后，就成为不溶 不熔的固体，即使在再高的温度下（甚至被烧焦碳化）也 不会软化，因此，又称这种材料具有热固性。
2．聚合物的流变方程
1）牛顿流动规律 流体在管道内流动时，可呈现层流和湍流两种不同的流动状态。
层流也称为“黏性流动”，当流速很小时，流体分层流动，互不混合， 称为层流。其特征是流体的质点沿着平行于流道轴线方向相对运动，与边壁 等距离的液层以同一速度向前移动，不存在任何宏观的层间质点运动，因而 所有质点的流线均相互平行。 湍流又称“紊流”，当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中 有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流 体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生。其特征是流体的质 点除向前运动外，还在主流横向上作无规则的任意运动，质点的流线呈紊乱 状态。
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(2)熔体破裂： 指当一定熔融指数的聚合物在恒温下通过喷嘴口时当 流速超过某一数值时，熔体表面即发生横向裂纹。
高分子物理9相分离
3、嵌段共聚物的微相分离
微相分离转变 ODT order-disorder transition n称为分离强度 segregation strength (n)c≈10.5+41n-1/3
3、嵌段共聚物的微相界面
链伸展Sstr-(R/R0)2 -(d/R0)2, 这里假定线团尺寸 与厚度成正比，R=d, 理想链尺寸R02=nv2/3。
F/kT= 1/2nv1/3/d + d2/(nv2/3) ，对d取最小，得到 den2/3v1/31/6. F/kT=2(n)1/3, 经实验检验
3、嵌段共聚物的微相分离
弱相分离n<100 weak segregation
强相分离n>100 strong segregation
作业9
某二元共混物的Flory-Huggins相互作用参数 =A+B/T在-23.2C时是-0.43000, 在6.8C时是 -0.21571，已知两组分高分子分别有一万和两万个 重复单元，试计算 1）A、B参数值； 2）混合临界温度； 3）判断相图是UCST型还是LCST型，并作说明。
http://www.mate.tue.nl/mate/research/index.php/7
相分离的动力学机制
AC点之间以及DB点之间2fm/2=/>0, 组分 朝低浓度扩散downhill diffusion, 小涨落不足以 导致相分离，亚稳态，足够大的涨落才引发新 相，称为成核生长机制 nucleation and growth, NG
F
{f m
( )2 ]}d
高分子材料的表征和导热性能研究
高分子材料的表征和导热性能研究高分子材料是一种重要的材料种类，具有广泛的应用领域。
如何对高分子材料进行表征和研究其导热性能，是当前高分子材料研究的一个热点问题。
一、高分子材料的表征高分子材料通常具有分子量大、化学结构复杂的特点，因此需要采用多种手段进行表征。
1. 分子量的测定高分子材料的分子量一般采用凝胶渗透色谱、粘度法等实验手段进行测定。
其中，凝胶渗透色谱具有分离精度高、灵敏度好等优点，可以处理多种分子量范围的高分子材料。
2. 凝聚态的表征对于固态高分子材料，需要采用X射线衍射、热分析等技术手段进行表征，以了解高分子材料的晶体结构、热性能等特征。
3. 动态热力学性能的表征高分子材料在使用过程中还需要考虑其时间依赖性、疲劳性、耐热性等方面的性能。
这就需要采用热分析、动态力学测试等技术手段进行表征。
二、高分子材料的导热性能研究导热性能是高分子材料的一个关键性能指标，对于高分子材料的设计、制备、应用都具有重要意义。
导热性能研究的主要方法有以下几个：1. 热导率的测试热导率是导热性能的基本指标之一，一般采用稳态热流方法进行测试。
稳态热流方法包括热阻率法、热板法等，能够准确测定材料在稳态下的导热性能。
2. 动态热导率的测试高分子材料在使用过程中很少处于稳态状态，因此需要考虑其动态导热性能。
动态热导率的测试方法包括脉冲法、频率扫描法等，能够模拟高分子材料在实际使用过程中的导热性能。
3. 热膨胀系数的测试高分子材料在受热过程中往往会产生热膨胀现象，对于导热性能的影响较大。
因此，需要采用膨胀测试仪等设备对高分子材料的热膨胀系数进行测定。
4. 界面热阻的测试高分子材料在应用过程中往往需要与其他材料进行接触，因此涉及到界面热阻的问题。
界面热阻的测试方法包括接触热阻法、热反射法等。
三、导热性能的改进高分子材料的导热性能往往不如金属等传统材料，因此需要采取一些措施进行改进。
导热性能的改进方法主要有以下几个：1. 添加导热填料通过向高分子材料中添加导热填料，如石墨、纳米银粉等，可以显著提高高分子材料的导热性能。
材料化学第2章高分子材料的结构
X
CH2
C n
H
有不对称碳原子，所以有旋光异构。
注：对高分子来说，关心不是具体构型（左旋或 右旋），而是构型在分子链中的异同，即：
全同（等规）、间同或无规。
34
c
aC b
高分子链上有 取代基的碳原子 可以看成是不对
d
R RR R R
称碳原子
HHHH
将锯齿形碳链 H 排在一个平面上，
RH
RH
取代基在空间有 不同的排列方式。
以大分子链中的重复单元数目表示，记作 DP
注：重复单元与结构单元的异同：
5
(1) 由一种结构单元组成的高分子
一个高分子如果是由一种单体聚合而成，其重复单 元与结构单元相同。
例如：聚苯乙烯
n CH2 CH 聚合
CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH
缩写成
CH2 CH n
n 表示重复单元数，也称为链节数, 在此等于聚合度
(6) 单体单元（monomer unit）: 与单体的化学组成完全相同只是化学结构不同的 结构单元。
4
(7) 聚合度(degree of polymerization): 聚合物分子中，结构单元的数目叫聚合度。 聚合度是衡量高分子大小的一个指标。
有两种表示法：
以大分子链中的结构单元数目表示，记作 xn
2.6 高分子材料的结构
前言 一、定义
1. 高分子化合物 是指分子量很高并由共价键连接的一类化合物 . 又称：高分子化合物、大分子化合物、高分子、
大分子、高聚物、聚合物 Macromolecules, High Polymer, Polymer
分子量：一般高达几万、几十万，甚至上百万， 范围在104～106
高分子材料与工程专业导论课程论文【最新版】
高分子材料与工程专业导论课程论文1.高分子的定义高分子又称作聚合物，由小分子相互反应而形成，高分子与低分子的区别在于前者分子量很高。
通俗地说，高分子是一种许许多多原子由共价键连接而组成的相对分子质量很大的化合物。
更精确的描述是，高分子是指其分子主链上的原子都直接以共价键连接，且链上的成键原子都共享成键电子的化合物，这样组成的高分子链的键的类型，除了共价键外，还可以包括某些配位键和缺电子键，而金属键和离子键是被排除在外的。
我对高分子的分类总结如下:其中合成高分子，又可分为橡胶、纤维和塑料三大类，常称为三大合成材料，合成橡胶的主要品种有丁苯橡胶、顺丁橡胶和异戊橡胶等。
合成纤维的主要品种有涤纶、腈纶、锦纶、维纶和丙纶。
塑料还可分为热塑性塑料和热固性塑料，前者为线性聚合物，受热可熔融流动，可多次重复加工成型，主要品种有聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯;后者是网状聚合物，通常由线性聚合物或低聚物经交联得到，以后不能加热融化重复成型，主要品种有酚醛树脂、不饱和聚酯、环氧树脂等。
此外，聚合物还可作为涂料和粘合剂来使用，而且使用越来越广泛，也有人将他们单独列为两类，所以聚合物按应用分类，也应包括上述五大合成材料。
最近，着眼于聚合物所具有的特定的物理、化学、生物功能的功能高分子，也已成为新的重要一类。
天然高分子，也有有机高分子和无机高分子之分。
天然高分子，如人们所熟悉的石棉、石墨、金刚石、云母等，天然有机高分子，都是在生物体内制造出来的，储存能量的肝糖、淀粉，生物体外分泌物如蚕丝、蛛丝、植物的橡胶，还有储存遗传信息的核酸。
2.高分子材料科学的发展简史(以塑料的发展为例)从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起，塑料工业迄今已有120年的历史。
其发展历史可分为三个阶段。
1.天然高分子加工阶段这个时期以天然高分子，主要是纤维素的改性和加工为特征。
1869年美国人J.W.海厄特发现在硝酸纤维素中加入樟脑和少量酒精可制成一种可塑性物质，热压下可成型为塑料制品，命名为赛璐珞。
材料科学中的界面反应和界面物理化学
材料科学中的界面反应和界面物理化学在材料科学中，界面反应和界面物理化学是两个重要的概念和领域。
它们涉及到材料的制备、加工、性能和应用等方面，具有广泛的应用和研究价值。
一、界面反应界面反应是指材料中不同相之间的反应，通常发生在固态材料的界面处。
这些不同相可以是晶界、晶粒内部、材料表面、材料与外界交界处等。
界面反应在材料的制备和加工过程中起着重要作用，可以改变材料的组成、结构和性能。
界面反应的类型和特点很多，例如扩散反应、反应动力学、界面能量等。
其中，扩散反应是非常重要的一种类型，它决定了不同相之间的物质传输和化学反应速率。
扩散反应可以受到多种因素的影响，例如材料温度、界面结构、晶体缺陷等。
通过研究这些因素的影响，可以控制和优化材料的制备和性能。
二、界面物理化学界面物理化学是研究材料界面上的物理和化学性质，例如界面能、表面电荷、吸附现象等。
这些性质可以影响材料的界面反应、化学反应、电化学反应等。
因此，界面物理化学在材料科学中也具有非常重要的地位和作用。
界面物理化学的研究可以通过多种手段进行，例如表面分析技术、界面力学测试、电化学测试等。
这些手段可以提供有关材料界面物理和化学性质的详细信息，为进一步优化材料的性能和应用提供基础和指导。
三、应用与发展界面反应和界面物理化学在材料科学中的应用非常广泛，例如金属材料、高分子材料、半导体材料、生物材料等。
通过研究界面反应和界面物理化学，可以优化材料的物理和化学性质，提高材料的性能和应用范围。
随着材料科学的不断发展和进步，界面反应和界面物理化学的研究也在不断深入和拓展。
特别是在纳米材料和生物医学领域，界面反应和界面物理化学的研究有着极其重要的应用和意义。
这些研究为探索新型材料的性能和应用提供了新的思路和途径。
总之，在材料科学中，界面反应和界面物理化学是不可或缺的研究内容和领域。
通过深入研究这些方面，可以进一步推动材料科学的发展和创新。
材料的表面与界面第一章 表面与界面的基础知识
r/nm p/Pa
1
2
10
1000
1440×105 720×105 144×105 1.44×105
对于主曲率半径为R1和R2的任一曲面，可以得到Laplace公式的普遍形式：
p
1 1
R 1 R 2
（1）当p指弯曲液面的内外压力差： p=p内-p外， p内通常指曲 率半径为正值一侧压力，如气泡内的压力；曲率半径的正负号要 取正确。
（2）过程自由能变化 沽湿：若恒温恒压下形成单位界面，自由能变化为 -GA= sg + lg - sl = WA WA称为黏附功，是将单位面积固液界液体分子间）作用力的大小。
WA>0,则-GA <0，沽湿过程自发进行。
铺展：液体自发在固体表面展开成一薄层。 形成单位界面时的自由能改变：
气体和气体之间总是均相体系，因此不存在表面与界面。
固—气，液—气之间的过渡区域叫做表面； 固—液，液—液．固—固的过渡区域称为界面。
实际上两相之间并不存在截然的分界面。相与相之间是个逐步过渡的区域， 表面与界面区的结构、能量、组成等都呈现连续的梯度的变化。因此， 表面与界面不是几何学上的平面，而是一个结构复杂，厚度约为几个分 子长度的准三维区域，因此常把界面区域当作一个相或层来处理，称作 界面相或界面层。
二、液体表面张力的影响因素
1. 物质的本质 液体表面张力是指将液体分子从体相中拉到表面上所做功的大小，因此
它与液体分子之间的相互作用力的性质与大小有关。相互作用强烈， 不易脱离体相，表面张力就大。如水分子间有氢键作用，并可形成结 构，因此水是常见液体中表面张力最大的。
一般情况下： （1）液态金属的表面张力大是由于金属键的强度大，使其相对移动困难，
材料的表面与界面第一章 表面与界面的基础知识
表面张力和表面自由能是对同一表面现象从 力学和热力学角度所做的描述。
表面张力的力学概念直观、易应用，在分析 各种界面同时存在的各界面张力的平衡关 系时容易理解。
表面自由能的概念反映现象的本质，讨论表 面现象的各种热力学关系时应用表面自由 能概念更贴切和方便。
在采用适宜的单位时（如表面张力用mN.m-1, 表面自由能用mJ.m-2），同一体系的表面 张力和表面自由能数值相同。
的高度h服从washburn方程：h2=ctrcos/2η 和η为液体的表面张力和黏度；c为毛细管因子，r为与粉体
柱相当的毛细管平均半径，一般将cr作为仪器常数。
五. 浮选与接触角
测定接触角后可以用来计算固体的表面能， 润湿热，吸附量等有用的数据。
在工业上接触角的研究的最大应用在泡沫浮 选：在矿浆中加入起泡剂等后通入空气形 成泡沫，由于水对矿石粉不同组成的润湿 性质不同，有用矿粉体附着在泡沫上并上 浮分离，无用的矿粉体则沉入水底。每年 全世界用浮选法分离的矿石达到10亿吨以 上。
材料表面与界面研究的意义 材料的表面与其内部本体，无论在结构上还是在化学组成上都有明显
的差别，这是因为材料内部原子受到周围原子的相互作用是相同的， 而处在材料表面的原子所受到的力场却是不平衡的，因此产生了表面 能。对于有不同组分构成的材料，组分与组分之间可形成界面，某一 组分也可能富集在材料的表界面上。即使是单组分的材料，由于内部 存在的缺陷，如位错等，或者晶态的不同形成晶界，也可能在内部产 生界面。材料的表界面对材料整体性能具有决定性的影响，材料的腐 蚀、老化、硬化、破坏、印刷，涂膜、粘结、复合等等，无不与材料 的表界面密切有关。因此研究材料的表界面现象具有重要的意义。
-GS=sg - lg - sl = S
九-聚合物合金
.
30
9.3 聚合物共混物的形态结构
聚合物合金形态结构的基本类型
均相体系，如果共混的聚合物之间形成了分子水平的相 容，在热力学上是完全相容的，则就会形成均一的，不分 相的体系。
单相连续结构，是指聚合物共混物中两相或多相结构中 只有一相是连续的，称为基体，其他的相分散在连续相中， 称为分散相。由于相之间的交错，分散的相会被分为许多 微小的区域，这种区域称作相畴或微区。单相连续的形态 结构又因分散相含量和相畴的形状、大小以及与连续相的 结合情况不同而表现为多种形式。
完全相容、部分相容、不相容 热力学相容指的是相混合的两种化合物形成均相体系的
能力，判断依据是混合过程中自由能的变化是否小于零。 小于零，则完全相容，形成稳定的、无规的、分子混合的 均相体系；
完全不相容，则形成两个完全分离的区域结构 ；
部分相容则会形成分相但不分离的结构。
.
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聚合物共混物的相容性
当聚合物共混物形成了链段水平或分子水平均匀混合， 则认为是完全相容的体系。
选用含卤素的难燃性树脂与其他树脂共混则可提高其耐燃性
选用光学性能相差较大的树脂进行共混则可以赋予聚合物 合金材料表面以光泽
选用硅树脂和其他树脂共混则可以使其成为具有自润滑性 的材料
选用耐磨性能好的聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯等树脂 与其他树脂进行共混，则可以提高其耐磨性能等
.
15
9.2 聚合物共混物的相容性
缺点：可靠性差，溶剂选择困难。 二、透明性法
将聚合物共混物通过溶液浇铸或模压的方法制成薄膜，然后 根据薄膜的透明度判断体系的相容性。
优点：操作简单
缺点：不适用于含有结晶组分和组分间折光指数差 小的体系。
.
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高分子物理(共90张PPT)
收缩与翘曲
高分子制品在成型后，由 于内应力的存在，会发生 收缩和翘曲现象，需通过
工艺控制减少其影响。
高分子加工过程中的物理和化学变化
01 热变化
高分子在加工过程中吸收或放 出热量，引起温度变化，对制 品性能产生影响。
02 力学变化
高分子在加工过程中受到剪切 、拉伸等力的作用，发生力学 状态的变化。
高分子物理(共90张PPT)
CONTENTS
• 高分子物理概述 • 高分子的结构与形态 • 高分子的物理性质 • 高分子的溶液性质 • 高分子的加工与成型 • 高分子物理的应用与发展前景
01
高分子物理概述
高分子的定义与分类
定义
高分子是由大量重复单元通过共价键 连接而成的长链化合物，分子量高达 数千至数百万。
弹性
高分子链的柔顺性和链段运动能力使其具 有弹性，如橡胶的弹性回复。
黏性
高分子链间的缠结和摩擦使其具有黏性， 如聚合物的熔融和溶液行为。
塑性
高分子在一定条件下可发生塑性变形，如 热塑性塑料的加工成型。
强度
高分子材料抵抗外力破坏的能力，如纤维 的强度和韧性。
高分子的热学性质
热容
高分子材料的热容通常较大，吸热和放热 过程中温度变化较小。
物理的研究提供了有力支持。
02
高分子的结构与形态
高分子的链结构
链的近程结构
包括键接方式、支化、交联等
链的远程结构
涉及链的柔顺性、构象和链的尺寸等
链结构的表征方法
如X射线衍射、中子散射、电子显微镜等
高分子的聚集态结构
高分子的分子间相互作用：包括范德华力 、氢键、离子键等
高分子的聚集态类型：如溶液、凝胶、晶 体、非晶态等
医用高分子材料的结构与性能
目录摘要 (1)1 前言 (2)2 医用高分子材料的分类 (2)2.1 来源 (2)2.2 降解性 (3)2.3 应用方向 (4)2.3.1 人工脏器 (4)2.3.2 人工组织 (4)2.3.3 护理和医疗用具相关的医用材料 (4)2.3.4 药用高分子 (5)3 医用高分子的性质 (5)3.1 生物功能性 (5)3.2 生物相容性 (5)4 医用高分子的表面改性方法 (6)4.1 物理方法 (6)4.1.1 表面涂层 (6)4.1.2 物理共混 (7)4.2 化学方法——表面接枝法 (7)4.2.1 表面接枝改性 (7)4.2.2 等离子体表面改性 (8)4.2.3 光化学固定法 (8)4.3 表面仿生化改性 (9)4.3.1 表面肝素化 (9)4.3.2 表面磷脂化 (9)4.3.3 表面内皮化——内皮细胞固定法 (9)5 总结与展望 (10)参考文献 (11)摘要由于其良好的生物相容性，医用高分子材料是现阶段最为安全的一类医用材料。
同时，合成加工的简便，来源的广泛，使得医用高分子材料的功能性越来越多，应用范围也越来越广泛。
但由于结构的限制，医用高分子材料在人体中的相容性还未达非常理想地到人们要求。
因此，也就产生了以表面改性为主的一系列增进其相容性的改性方法。
本文通过对医用高分子材料的定义、分类、性质以及表面改性方法的介绍，体现了医用高分子材料的优越和不足之处，同时也对医用高分子材料的未来进行了展望。
关键词：医用高分子；生物相容性；表面改性1 前言医用高分子材料（medical polymer）是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生，具有特殊功能作用的高分子材料，是生物医用材料的重要组成之一[1]。
医用高分子材料需长期与人体体表、血液、体液接触，有的甚至要求永久性植入体内。
因此，这类材料必须具有优良的生物体替代性（力学性能、功能性）和生物相容性[2]。
生物医用高分子材料需要满足的基本条件：在化学上是不活泼的，不会因与体液或血液接触而发生变化；对周围组织不会引起炎症反应；不会产生遗传毒性和致癌；不会产生免疫毒性；长期植入体内也应保持所需的拉伸强度和弹性等物理机械性能，具有良好的血液相容性；能经受必要的灭菌过程而不变形；易于加工成所需要的复杂的形态[3]。
材料力学性能09_弹性变形
xy
3(1 2 )
材料的其它弹性性能指标 刚度 Q ES
弹性比功
W
1 2
e
e
e2
2E
弹性模量的影响因素 弹性模量是材料力学性能中最稳定的指标，主要取决于材料的原子结构， 对材料的组织分布与变化不敏感，除温度外受外界条件波动的影响也较小
弹性模量的测定 静态法和动态法
2020/7/9
15/34
2020/7/9
10/34
广义Hooke定律
Cijkl称为刚度常数
Sijkl称为柔度常数
刚度常数和柔度常数统称为弹性常数 ，两种常数都是有36个。由于可以证
明Cij=Cji，Sij=Sji，所以二者最多也只有21个是独立的。而且晶体的对称性越高， 独立常数就越少 。
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广义Hooke定律
20/34
弹性模量
1、原子结构的影响
弹性模量是一个与原子间结合力强弱相 关的物理量，它同熔点、汽化热等物理量一 样随原子序数而发生周期性变化 除了过渡族金属外，弹性模量E与原子半径r 之间存在下列关系：
式中k、m均为常数，m>1，这表明弹性模量随原子半 径增大而减小，亦即随原子间间距增大而减小。
过渡族金属的弹性模量较大，并且当d层电子数等于6时 弹性模量具有最大值。过渡族金属的特性在理论上尚未 解决，但可预测到d层电子的特殊结构应起重要的作用。
2020/7/9
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弹性变形的物理机制
当原子偏离其平衡位置较小时，原子 间相互作用力与原子间距离的关系曲线可 以近似地看作是直线。因此当宏观弹性变 形较小时，应变与应力间近似地呈线性关 系。这也正是Hooke定律的物理本质。
弹性模量在物理本质上反映了原子间 结合强度的大小。
材料科学中的表面和界面现象
材料科学中的表面和界面现象表面和界面现象是材料科学领域中最重要的研究方向之一。
在材料工程、物理、化学等领域中，表面和界面现象的研究是其中的核心内容。
表面和界面现象涉及到材料表面和界面的结构、性质、热力学和动力学等方面的内容。
本文将介绍表面和界面现象的基本概念，探究其在材料科学中的重要性，并从多个角度阐述表面和界面现象在材料科学中的应用。
一、表面和界面现象的基本概念表面是指材料与周围环境相接触的部分，是材料的最外层。
表面现象是指固体表面的物理和化学性质与固体本身不同的性质，包括表面能、表面物理化学反应和表面反应动力学等。
界面是指两个物质相互接触的界面，由于接触必然引起界面区域的变化，所以界面现象与表面现象有许多相似之处。
界面现象包括表面张力、粘附力、润湿性等。
表面张力是指基于表面吸附机理，类似于薄膜的张力作用。
粘附力则是由表面间的物理吸附和化学反应产生的相互吸引力，常常涉及界面界面的剪切方面或接触角等方面。
表面和界面现象是由材料表面或界面上的分子作用产生的，其中动力学因素如扩散和迁移等也是相当重要的。
扩散是物质分子的自发移动，在固体表面和界面处的扩散通常比在体积中会大得多。
在材料科学中，表面和界面现象可以用于改良材料的性质和性能。
二、表面和界面现象在材料科学中的重要性表面和界面现象在许多材料科学领域中都有着广泛的应用。
例如，这些现象可以用来控制材料的力学性能、光学性能、热学性能，以及用作催化剂、杀菌剂等方面。
用于工程材料的粘附剂、涂层技术以及材料加工中的冶金技术通常都涉及到表面和界面现象的应用。
表面状态和化学特性对于颗粒物和纳米结构材料的制备和应用有着重要的影响。
表面和界面现象也成为创新材料设计的基础，包括涂层材料的设计、减小接触角的材料（如超疏水、超疏油材料）的制备、双氧水气泡杀菌、合金制备、新催化剂的研究等。
另外，表面和界面现象在电子器件中也起着重要的作用，像皮肤感应器、高分子材料、太阳能电池、传感器、LED材料等。
高分子结构与性能精华版
第一章链结构1聚合物：是不同聚合度分子的聚集体,是指宏观的物体。
而高聚物指分子量很高的聚合物，属聚合物的一部分。
高分子、大分子：单个的孤立分子，由许多小分子单体聚合而成。
2.物理缠结：无数根高分子链共享一个扩张体积, 链与链间互相围绕穿透,运动受到缠结点的限制。
产生物理缠结的条件：1. 刚性分子链不发生物理缠结；2. M(分子量)大于M c (临界分子量) ，M小于M c不发生物理缠结。
化学交联：高分子链之间通过化学键或链段连接成一个空间网状的结构，可限制高分子链的在轮廓方向的运动。
3高分子链以不同程度蜷曲的特性称为柔性。
两个可旋转单键之间的一段链，称为链段。
链段是分子链上最小的独立运动单元。
链段长度b愈短，柔性愈好。
4分子构造：一维、合成高分子多为线形，如HDPE、PS、PVC、POM；二维、环形高分子；三维、三维交联高分子、ß-环糊精、纳米管。
5支化高分子：无规（树状）、疏形和星形。
无规、不同长度的支链沿着主链无规分布。
如LDPE。
疏形、一些线性链沿着主链以较短的间隔排列而成。
如苯乙烯采用阴离子聚合。
星形、从一个核伸出三个或多个臂（支链）的高分子。
如星形支链聚苯乙烯。
6链结构鉴别：红外光谱与拉曼光谱区别：红外活性与振动中偶极矩变化有关，而拉曼活性与振动中诱导偶极矩变化有关。
红外光谱为吸收光谱，拉曼光谱为散射光谱。
红外光谱鉴别分子中存在的基团、分子结构的形状、双键的位置以及顺、反异构等结构特征。
拉曼光谱在表征高分子链的碳-碳骨架结构上较为有效，也可测定晶态聚合物的结晶度和取向度。
核磁共振谱研究共聚物中共聚体的化学结构较有效，核磁共振发法是研究高聚物链内单个原子周围环境最有效的结构研究方法，共振吸收强度比例于参加共振吸收核的数目。
7超支化聚合物的性质1低粘度较低的粘度意味着其分子间链缠结较少。
2较好的溶解性3热稳定性和化学反应性。
第二章高聚物的凝聚态结构1高聚物非晶态指非晶高聚物的玻璃态，高弹态以及所有高聚物的熔融态。
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实际中，考虑固体上吸附液体的蒸气而附加一平衡压力pe
sv sl lv cos pe Young氏方程
表面的粗糙度(r)使液体 — 聚合物接触面积合物
内聚和粘附这这两个相反的效应别对界面的扩大起影响
90o ＜90o
以内聚占优 r cosexp
2
d (5 8) 104 N / cm K
Mn 3
dT
静态方法测定
（高粘度的非Newton流体体系）
➢ 平板法是将一块平板部分地浸入能浸润的液体中．液体的 表面张力lv。对平板有一向下的作用。平板被浸润时，当 它的下边缘刚巧接触液体的表面对，作用在平板上的力是
lvl , l是平板的周长。通过测量在空气中和在液面接触内
温 度 [K]
293.2 293.2 449.2 297.2 293.2 297.2
104 [N/cm]
21.3 26.2 30.0 35.6 37.7 45.0
9.2.2 固体聚合物的界面张力
液滴在光滑的固体表面
界面张力为合力 sv sl lv cos
0o 液体完全铺展 180o 没有铺展
it-PP 3.0 0 1.1 5.1 -
PBMA 3.8 0 2.8 5.2 1.8 -
ll 105 N/cm
PVAc PE
7.4
5.4
-
1.1
2.8
5.2
0
11.0
11.0
0
3.7
5.7
-
9.5
-
9.5
PS PMMA PEO
6.0
-
9.8
5.1
-
-
-
1.8
-
3.7
-
-
5.7
9.5
9.5
0
1.6
-
1.6
0
-
-
-
0
9.2.3 固体聚合物的临界表面张力
液体的同系物在一给定的物体上的接触角的余弦 与液体(及其饱和蒸气间)的表面张力lv呈线性变化。 在cos=1时，表面张力已达到极限值，相当于物 体完全侵润，这个极限值称为该物体的临界表面 张力侵润
对于给定的物体，聚合物的临界表面张力侵润几 乎是一个常数
以粘附占优
cos
lv
sl
sv
两种液体聚合物的界面张力和纯聚合物 在150oC时的表面张力
聚合物
lv105 N/cm
PDMS
PDMS 13.6
0
it-PP 22.1 3.0
PBMA 23.5 3.8
PVAc 27.9 7.4
PE 28.1 5.4
PS
30.8
6.0
PMMA 31.2
-
PEO 33.0 9.8
亲水基团 憎水基团
Tail Loop
平板上的作用力，就能计算出表面张力。此法只用于测量 表面张力(液体与空气之间的界面张力)，不能用于测量两 种聚合物液体之间的界面张力。
➢ 一个悬滴的形态与表面张力和重力有关。对液滴照相，并 在各个位置测量其直径，当达到流体力学平衡时，可求出 通用的形态因子。
无穷大分子量聚合物的表面张力
聚合物
聚二甲基硅氧烷 聚氟代烷烃 聚苯乙烯 聚异丁烯 正烷烃 聚乙二醇
1
界面（表面）破裂
1
2
A m2/mg
9.2 界面张力
9.2.1 液体聚合物的表面张力
1 聚合物的表面张力与分子量的关系
K
Mn
2 3
2 与其端基亦有关
l~g 104 N / cm
4
R=H R=CH3CO
3 RO[CH2CH2O]nR 聚氧乙烯
R=CH3
3 与温度的关系
2
0.01 0.02 0.03 0.04
9.3 聚合物吸附
吸附溶液中无规线团分子的数量随着时间的增加，稳定地达 到一极限值。同时，母液的粘度常常通过一最小值，吸附层 的厚度为一最大值
吸附过程：
当吸附量恒定时，聚合物并没有达到吸附平衡，这是长链分子有高度柔 性的缘故 1一个接近表面的大分子首先在若干点上结合牢，并平躺在表 面上 2 新进来的大分子的一些链段渐渐挤进先前吸附的链段的覆盖区域 3 随着被覆盖面积的增加，被吸附的大分子在表面上越来越多。吸附层 的厚度增高到一最大值，而覆盖点的密度则保持不变
第九章 界面现象
9.1 铺展
不溶解的分子铺展在液体表面上，如果覆盖层厚度很小 其行为类似于理想气体！
等规立构和间规立构分子的铺展行为不同！
表面压
( 0 ) A kT
4 聚醋酸乙烯酯
3
104(0-) N/cm
A 每个铺展分子的表面积
2
聚苯甲酸乙烯酯
0 f ( A)