材料研究方法
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2020/5/13
• 在功能高分子方面：
融合高分子物理学、生命科学、电子学 通过分子设计，结合结构－功能的影响规 律研究，并制备功能奇特的材料。
电子功能：光电磁功能高分子、高分子 液晶显示技术、塑料高密度电池、高密度 记录材料（光盘，磁盘）
医用高分子材料及卫生保健技术研究： 高分子药物、控制药物释放材料、医用材 料、人体组织修复材料等。
2020/5/13
绪论
• 1.1材料研究的意义和内容 • 1.2高聚物学科的最新进展 • 1.3 高聚物的结构研究 • 1.4 高聚物结构研究方法 • 1.5 高聚物分子运动和性能的测定 • 1.6 仪器分析的特点 • 1.7 国内外主要测试标准及组织简介
2020/5/13
第一章 绪论
1.1材料研究的意义和内容 1.1.1 材料的概念：材料一般是指用来制 造有用的构件、器件或其他物品的物质。 材料的分类：金属、无机材料、高分子材 料和复合材料 我们使用的是材料的性能，但什么决定 料的性能：
2020/5/13
当今的高分子科学已形成高分子化学、 高分子物理、高分子工程3个分支领域相互 交融、相互促进的整体学科。
2020/5/13
• 在学域上：高分子学科主要由高分子化学 逐步发展为高分子化学、高分子物理。高 分子工程到目前的高分子生物学。
• 在学术内涵上：由大分子化合物的合成研 究，而扩展出大分子链及其聚集态结构（ 如，结晶的PP、PE是塑料，而无规的PP、 PE就是橡胶了。）聚合物的成型及其结构 控制研究来满足特殊要求，如：聚合物共 混、聚合物合金等。
2020/5/13
• 高分子工程领域：
高分子工程研究涉及聚合反应工程、高 分子成型工艺及聚合物作为塑料、纤维、 橡胶、薄膜、涂料等材料使用时加工成型 过程中的物理、化学变化及以此为基础而 形成的高分子成型的高分子成型理论、成 型新方法等内容。以及研究高分子化合物 的工业规模合成技术及聚合物成型过程中 的科学。CAD/CAE/PROCESS ENGINEER/UG等 计算机技术的应用。
• 1.3.3 高聚物结构与性能的关系 （1）结构决定了性能
例如：共扼双键→链易旋转 → 链柔性大 →玻璃化温度低→橡胶的弹性好
50年代美国研究工程塑料ABS（丙烯晴/ 丁二烯/苯乙烯），HIPS(丁苯橡胶) (2)_结构也决定了高分子材料加工成型条件 PE,160,-PP190-200
2020/5/13
扫描电子显微镜 光学 显微镜 以人眼分辨率为界
2020/5/13
表1.1材料结构层次的划分及所用观 察设备
2020/5/13
1.2高聚物学科的最新进展
二十世纪最有创新精神的高分子鼻祖 H.Staudinger提出的大分子学说以来，高 分子科学作为一门独立的学科已走过了近 100年的发展历程。在诺贝尔奖设立100周 年来，历史上已有7位科学家因为高分子材 料领域的开创性工作而获奖。第一位，赫 尔曼.施丁格尔，（1953年德国）他创立高 分子学说；第二位，卡尔.齐格勒,
组成 结构
2020/5/13
从原子结构来说，材料性能取决于化学 键种类 导电性能好
金属材料→金属键→大 变形时不会破坏键结合 量能自由运动的电子→ 塑性好
原子排列紧密→密度高 无机金属材料：以离子键、共价键或两种键的结 合。
2020/5/13
一般不导电 键结合力强且有方向性，变形时要破坏
局部的键结合 硬度高且脆 原子排列不够紧密，故而密度低 结构与制造工艺有关
微生物合成：一些新功能化合物的分子设计
在高分子物理方面： 高分子动态研究（分子链运动和动力学
行为、聚集态的亚稳定结构现象及其变化 规律、聚合物流体的非线性粘弹性行为等 聚合物表面、界面结构和性质研究材料力 学性质（脆、韧性断裂）的分子运动依据 、电子功能的聚合物原理、生物高分子的 多肽多糖的链结构和聚集态结构，以及结 构和生命现象的关系。
结
远程结构
半径、均方末端距）
构
（二次结构） 高分子链的形态（高分子链
的构象、柔性与刚性）
高分子凝聚态结 构（三次结构）
非结晶结构 结晶结构 液晶结构
取向结构 多相结构
1.3.2 高聚物的结构特点
(1)链式结构 (2)链的柔性 (3)多分散性 (4)凝聚态结构的复杂性 (5)交联网状结构
2020/5/13
2020/5/13
1.3 高聚物的结构研究
• 1.3.1高聚物的结构分类
2020/5/13
1.3.1高聚物的结构分类
结构单元的化学组成
近程结构 结构单元键接方式（顺式、反式）
(一次结构) 结构单元空间立构（全同、
高分子的
间同、无规）
高
链结构
支化与交联
聚
结构单元键接顺序
物
的
高分子链尺寸 （分子量、均方
2020/5/13
久里奥,纳塔(1963年,意大利)定向聚合；
保罗.约翰.弗洛里(1974年,美国)高分子统 计学,艾伦.黑格尔(2000年,美国),艾伦.麦 克迪米尔德(2000年,美国)和白川英树 (2000年,日本)导电高分子领域.下面我们 了解一下这一学科的最新的研究内容，这 些内容都牵涉到表征等工作，也就是材料 的研究方法的内容。
2020/5/13
1.1.2研究方法： 从广义上讲：技术路线，实验技术， 数据分析 从狭义上讲：某一种测试方法
2020/5/13
1.1.3材料结构：是指材料系统内各组成单元 之间的相互联系和相互作用方式。
存在形式
晶体结构 非晶体结构 孔结构 各种不同形式的组合
2020/5/13
尺度
微观结构 亚微观结构 显微结构 宏观结构
2020/5/13
• 在高分子化学方面：高分子化学是高分子科 学的基础，承担了分子设计和改性。总体来 说，新型有用的高分子化合物的分子设计与 合成、新聚合反应、聚合方法始终是Байду номын сангаас一领 域的研究前沿。
• 聚合方法：
可控聚合：控制反应物的空间立构、分子
量及其分布
活性聚合：基团转移聚合开环移位聚合
生物酶催化聚合
1.4 高聚物结构研究方法
高聚物的近程结构：吸收光谱、色谱、 激光小角散射、电子显微镜
高聚物的远程结构：链尺寸：光散射、 GPC（凝胶渗透色谱）
高聚物聚集态的研究：X射线衍射、电子 射线衍射、核磁共振吸收（宽线）、热分 析法
• 在功能高分子方面：
融合高分子物理学、生命科学、电子学 通过分子设计，结合结构－功能的影响规 律研究，并制备功能奇特的材料。
电子功能：光电磁功能高分子、高分子 液晶显示技术、塑料高密度电池、高密度 记录材料（光盘，磁盘）
医用高分子材料及卫生保健技术研究： 高分子药物、控制药物释放材料、医用材 料、人体组织修复材料等。
2020/5/13
绪论
• 1.1材料研究的意义和内容 • 1.2高聚物学科的最新进展 • 1.3 高聚物的结构研究 • 1.4 高聚物结构研究方法 • 1.5 高聚物分子运动和性能的测定 • 1.6 仪器分析的特点 • 1.7 国内外主要测试标准及组织简介
2020/5/13
第一章 绪论
1.1材料研究的意义和内容 1.1.1 材料的概念：材料一般是指用来制 造有用的构件、器件或其他物品的物质。 材料的分类：金属、无机材料、高分子材 料和复合材料 我们使用的是材料的性能，但什么决定 料的性能：
2020/5/13
当今的高分子科学已形成高分子化学、 高分子物理、高分子工程3个分支领域相互 交融、相互促进的整体学科。
2020/5/13
• 在学域上：高分子学科主要由高分子化学 逐步发展为高分子化学、高分子物理。高 分子工程到目前的高分子生物学。
• 在学术内涵上：由大分子化合物的合成研 究，而扩展出大分子链及其聚集态结构（ 如，结晶的PP、PE是塑料，而无规的PP、 PE就是橡胶了。）聚合物的成型及其结构 控制研究来满足特殊要求，如：聚合物共 混、聚合物合金等。
2020/5/13
• 高分子工程领域：
高分子工程研究涉及聚合反应工程、高 分子成型工艺及聚合物作为塑料、纤维、 橡胶、薄膜、涂料等材料使用时加工成型 过程中的物理、化学变化及以此为基础而 形成的高分子成型的高分子成型理论、成 型新方法等内容。以及研究高分子化合物 的工业规模合成技术及聚合物成型过程中 的科学。CAD/CAE/PROCESS ENGINEER/UG等 计算机技术的应用。
• 1.3.3 高聚物结构与性能的关系 （1）结构决定了性能
例如：共扼双键→链易旋转 → 链柔性大 →玻璃化温度低→橡胶的弹性好
50年代美国研究工程塑料ABS（丙烯晴/ 丁二烯/苯乙烯），HIPS(丁苯橡胶) (2)_结构也决定了高分子材料加工成型条件 PE,160,-PP190-200
2020/5/13
扫描电子显微镜 光学 显微镜 以人眼分辨率为界
2020/5/13
表1.1材料结构层次的划分及所用观 察设备
2020/5/13
1.2高聚物学科的最新进展
二十世纪最有创新精神的高分子鼻祖 H.Staudinger提出的大分子学说以来，高 分子科学作为一门独立的学科已走过了近 100年的发展历程。在诺贝尔奖设立100周 年来，历史上已有7位科学家因为高分子材 料领域的开创性工作而获奖。第一位，赫 尔曼.施丁格尔，（1953年德国）他创立高 分子学说；第二位，卡尔.齐格勒,
组成 结构
2020/5/13
从原子结构来说，材料性能取决于化学 键种类 导电性能好
金属材料→金属键→大 变形时不会破坏键结合 量能自由运动的电子→ 塑性好
原子排列紧密→密度高 无机金属材料：以离子键、共价键或两种键的结 合。
2020/5/13
一般不导电 键结合力强且有方向性，变形时要破坏
局部的键结合 硬度高且脆 原子排列不够紧密，故而密度低 结构与制造工艺有关
微生物合成：一些新功能化合物的分子设计
在高分子物理方面： 高分子动态研究（分子链运动和动力学
行为、聚集态的亚稳定结构现象及其变化 规律、聚合物流体的非线性粘弹性行为等 聚合物表面、界面结构和性质研究材料力 学性质（脆、韧性断裂）的分子运动依据 、电子功能的聚合物原理、生物高分子的 多肽多糖的链结构和聚集态结构，以及结 构和生命现象的关系。
结
远程结构
半径、均方末端距）
构
（二次结构） 高分子链的形态（高分子链
的构象、柔性与刚性）
高分子凝聚态结 构（三次结构）
非结晶结构 结晶结构 液晶结构
取向结构 多相结构
1.3.2 高聚物的结构特点
(1)链式结构 (2)链的柔性 (3)多分散性 (4)凝聚态结构的复杂性 (5)交联网状结构
2020/5/13
2020/5/13
1.3 高聚物的结构研究
• 1.3.1高聚物的结构分类
2020/5/13
1.3.1高聚物的结构分类
结构单元的化学组成
近程结构 结构单元键接方式（顺式、反式）
(一次结构) 结构单元空间立构（全同、
高分子的
间同、无规）
高
链结构
支化与交联
聚
结构单元键接顺序
物
的
高分子链尺寸 （分子量、均方
2020/5/13
久里奥,纳塔(1963年,意大利)定向聚合；
保罗.约翰.弗洛里(1974年,美国)高分子统 计学,艾伦.黑格尔(2000年,美国),艾伦.麦 克迪米尔德(2000年,美国)和白川英树 (2000年,日本)导电高分子领域.下面我们 了解一下这一学科的最新的研究内容，这 些内容都牵涉到表征等工作，也就是材料 的研究方法的内容。
2020/5/13
1.1.2研究方法： 从广义上讲：技术路线，实验技术， 数据分析 从狭义上讲：某一种测试方法
2020/5/13
1.1.3材料结构：是指材料系统内各组成单元 之间的相互联系和相互作用方式。
存在形式
晶体结构 非晶体结构 孔结构 各种不同形式的组合
2020/5/13
尺度
微观结构 亚微观结构 显微结构 宏观结构
2020/5/13
• 在高分子化学方面：高分子化学是高分子科 学的基础，承担了分子设计和改性。总体来 说，新型有用的高分子化合物的分子设计与 合成、新聚合反应、聚合方法始终是Байду номын сангаас一领 域的研究前沿。
• 聚合方法：
可控聚合：控制反应物的空间立构、分子
量及其分布
活性聚合：基团转移聚合开环移位聚合
生物酶催化聚合
1.4 高聚物结构研究方法
高聚物的近程结构：吸收光谱、色谱、 激光小角散射、电子显微镜
高聚物的远程结构：链尺寸：光散射、 GPC（凝胶渗透色谱）
高聚物聚集态的研究：X射线衍射、电子 射线衍射、核磁共振吸收（宽线）、热分 析法