勵杭泉高分子物理知識體系與概念辨析

勵杭泉高分子物理知識體系與概念辨析勵杭泉高分子物理知識體系與概念辨析高分子物理課程的定位什么是高分子物理？聚合物結構與性能的關系？2高分子物理課程的定位什么是高分子物理？聚合物結構與性能的關系本科高分子物理主要內容化學結構鏈結構凝聚態(tài)結構橡膠彈性粘彈性(應力松弛蠕變動態(tài)力學性能)非牛頓流體玻璃化轉變熔融與結晶溶液相結構斷裂與韌性3本科高分子物理主要內容化學結構鏈結構凝聚態(tài)結構3柔性，玻璃化溫度熔點：柔性、分子間力、雜質、晶型熔體粘度：分子量和分布、支化、溫度、剪切結晶速率：溫度、分子量、冷卻速率、取向、成核效率脆韌轉變：溫度、應變速率、受力方式、相態(tài)高分子物理中涉和的影響因素4柔性，玻璃化溫度高分子物理中涉和的影響因素4玻璃化轉變與結構的關系半節(jié)課共性：玻璃化轉變的本質自由體積理論(f=0.025)

與溫度變化速率的關系 熱焓松弛5玻璃化轉變與結構的關系半節(jié)課共性：玻璃化轉變的本質5熔點與結構的關系半節(jié)課共性：與晶片厚度的關系與結晶溫度的關系 與平衡熔點的關系 熔限6熔點與結構的關系半節(jié)課共性：與晶片厚度的關系6295N...,,,,,.伯克利化工系7295N..伯克利化工系7512

3

,.,,,,,,,,,.密歇根大學材料系8512

3

,.密歇..;;.康奈爾大學化學系

9.康奈爾大學化學系9,,,,.,,,.,,;,,;,,..

材料系10,,,,10.560

;,,,,,..

化工系1110.560

;10.568(,).,,.(,,)(,,)..

化工系1210.568化工系12&

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力所不能和13&&&力所不能和13高分子物理提供理論基礎14高分子物理提供理論基礎14學習了普通物理為什么還要學習高分子物理？15學習了普通物理15高分子物理的研究對象是鏈狀分子高分子的特殊性不在其分子量高，而在其特殊的長鏈狀結構故高分子物理研究的是高分子的共性運動規(guī)律16高分子物理的研究對象是鏈狀分子高分子的特殊性不在其分子量高，有哪些共性?1.熔體粘度2未纏結纏結3.41.00123456聚二甲基硅氧烷聚異丁烯聚乙烯聚丁二烯聚四甲基苯撐硅氧烷聚甲基丙烯酸甲酯聚環(huán)氧乙烷聚醋酸乙烯酯聚苯乙烯常數(shù)常數(shù)017有哪些共性?1.熔體粘度2未纏結370C265C

210C200C190C

285C

0.70.60.50.40.30.20.10.005001000150020002500(1)()2.剪切變稀18370C0.70500100015001061071081091010u(1)1400T0(K)3.結晶速率19106u(1)140103104105106u(1)1600T0(K)620103u(1)160104105106107108109u(1)1400T0(K)21104u(1)1404.結晶溫度與晶片厚度關系200180160140120100806040200.000.050.100.150.200.250.300.35C

(4)(15)(20)1224.結晶溫度與晶片厚度關系2000.000.055.橡膠彈性6.粘彈性7.溶液粘度8.取向。。。。。。235.橡膠彈性23化學結構鏈結構凝聚態(tài)結構分子量溶液橡膠彈性粘彈性流變學基礎力學狀態(tài)力學性能定位決定知識體系結構-性能定位：并聯(lián)結構24化學結構溶液定位決定知識體系結構-性能定位：并聯(lián)結構24傳統(tǒng)的高分子物理教學體系鏈結構(近程結構，遠程結構)聚集態(tài)結構(熔點，結晶動力學，取向，液晶態(tài)，“織態(tài)”)溶液(稀溶液，濃溶液)分子量分子量分布分子運動(玻璃化轉變，粘性流動)力學性質

1.玻璃態(tài)與結晶態(tài)力學性質

2.高彈態(tài)聚合物的力學性質

3.粘彈性電學性質25傳統(tǒng)的高分子物理教學體系鏈結構(近程結構，遠程結構)25共性運動規(guī)律定位：從物理的角度重新構建高分子物理知識體系26共性運動規(guī)律定位：從物理的角度重新構建26各章內容相互獨立，之間沒有聯(lián)系或只有微弱的聯(lián)系，前后順序不重要1.系統(tǒng)性教學法：并聯(lián)結構有機化學：烷、烯、醇、醛、酸、酯、芳香材料學：金屬、陶瓷、聚合物、復合材料代表：兩種教學法27各章內容相互獨立，之間沒有聯(lián)系或只有微弱的聯(lián)系，前后順序不重各章內容有嚴格的接續(xù)關系，前后順序不能更換2.邏輯性教學法：串聯(lián)結構平面幾何：點、線、角、三角形、四邊形、圓代表：28各章內容有嚴格的接續(xù)關系，前后順序不能更換2.邏輯性教學法同時照顧邏輯性與系統(tǒng)性，當二者有矛盾時取邏輯性優(yōu)先29同時照顧邏輯性與系統(tǒng)性，當二者有矛盾時取邏輯性優(yōu)先29一門課的邏輯性章與章、節(jié)與節(jié)、知識點與知識點之間均應有接續(xù)關系，不能有“后面說明”或遙遠的“前面講過”30一門課的邏輯性章與章、節(jié)與節(jié)、知識點與知識點之間均應有接續(xù)關把知識點分成盡可能小的多個臺階，由最簡單、最容易了解的知識出發(fā)，一點一滴地按程度提升到最復雜的知識。在那些彼此之間并不存在自然順序的事物中，也要假設有一種秩序，哪怕是虛構的秩序笛卡爾的方法論31把知識點分成盡可能小的多個臺階，由最簡單、最容易了解的知識出從基本概念出發(fā)，沿主線順序導出各種概念學科基礎：高等數(shù)學、普通物理有機化學、物理化學邏輯的源頭？長鏈分子32從基本概念出發(fā)，沿主線順序導出各種概念學科基礎：高等數(shù)學、普熵彈性纏結松弛長鏈結構有哪些共性:

:A

:A33熵彈性纏結松弛長鏈結構有哪些共性:3熵彈性橡膠彈性粘土插層粘彈性流體彈性銀紋回復蠕變回復34熵彈性橡膠彈性粘土插層粘彈性流體彈性銀紋回復蠕變回復34纏結橡膠平臺高粘度晶片厚度鏈段運動35纏結橡膠平臺高粘度晶片厚度鏈段運動35松弛特性(非平衡性)玻璃化轉變熔融與結晶滯后與內耗介電松弛36松弛特性(非平衡性)玻璃化轉變熔融與結晶滯后與內耗介電松弛3知識體系重構要處理的順序問題：無序有序柔性鏈剛性鏈平衡非平衡先無定形后有序重柔性鏈輕剛性鏈先平衡態(tài)后非平衡態(tài)單鏈多鏈先單鏈后聚集體37知識體系重構要處理的順序問題：無序有序柔性鏈剛性鏈平衡非平衡第一部分：預備知識組成與構造構型與規(guī)整性分子量和其分布38第一部分：預備知識組成與構造構型與規(guī)整性分子量和其分布38第二部分：柔性鏈平衡態(tài)知識構象線團熵彈性橡膠彈性理想鏈溶液[]&GPC熱力學真實鏈滲透壓相分離39第二部分：柔性鏈平衡態(tài)知識構象線團熵彈性橡膠彈性理想鏈溶液[第三部分：無定形聚合物的轉變與運動運動狀態(tài)玻璃化轉變高分子流體靜態(tài)粘彈性動態(tài)粘彈性兩個原理40第三部分：無定形聚合物的轉變與運動運動狀態(tài)玻璃化轉變高分子流第四部分：聚合物的有序態(tài)結晶結構熔融與結晶熱力學取向液晶結晶動力學41第四部分：聚合物的有序態(tài)結晶結構熔融與結晶熱力學取向液晶結晶第五部分：極限力學性能脆韌轉變屈服與冷拉銀紋與增韌斷裂與韌性42第五部分：極限力學性能脆韌轉變屈服與冷拉銀紋與增韌斷裂與韌性撤消專章，分屬不同的測定機理部分有關分子量的測定滲透壓混合熱力學特性粘度、線團部分光散射不講端基法預備知識43撤消專章，分屬不同的測定機理部分有關分子量的測定滲透壓混合熱光、電、磁、聲學性能?與長鏈結構無關高分子材料課或其它課程解決普通物理學過了44光、電、磁、聲學性能?與長鏈結構無關高分子材料課或其它課程解基本概念辨析一、結構二、形變45基本概念辨析一、結構45概念辨析一近程結構遠程結構一級結構二級結構鏈結構聚集態(tài)結構取向態(tài)結構織態(tài)結構46概念辨析一近程結構遠程結構46近程結構遠程結構化學組成構型支化交聯(lián)共聚物序列構象，分子量說法一47近程結構遠程結構化學組成構型支化交聯(lián)共聚物序列構象，一級結構：鏈結構二級結構：鏈與鏈的結構化學組成構型構象，分子量說法二支化交聯(lián)共聚物序列48一級結構：鏈結構二級結構：鏈與鏈的結構化學組成構型構象.,,a.HHRHOR一級結構構型二級結構局部構象三級結構整鏈構象四級結構鏈的堆砌49.,,a.HHRH蛋白質結構層次的套用：一級結構：氨基酸(單體)的化學組成、構型二級結構：局部構象三級結構：整體構象四級結構：鏈的堆砌(聚集態(tài)結構)50蛋白質結構層次的套用：一級結構：氨基酸(單體)的化學組成、構問題一：蛋白質的化學結構僅在一級結構二級以上均為物理結構51問題一：蛋白質的化學結構僅在一級結構51嵌段接枝星形網(wǎng)絡合成高分子存在高級的化學結構化學結構的“級”與物理結構的“級”發(fā)生矛盾52嵌段接枝星形網(wǎng)絡合成高分子存在高級的化學結構化學結構的“級問題二：蛋白質沒有分子量問題合成高分子的分子量是重要結構參數(shù)什么“級”？仍是化學結構與物理結構的交叉53問題二：蛋白質沒有分子量問題仍是化學結構與物理結構的交叉53問題三：局部構象與整體構象套用蛋白質沒問題，但在傳統(tǒng)劃分上出問題54問題三：局部構象與整體構象套用蛋白質沒問題，但在傳統(tǒng)劃分上出合成高分子的結構特征統(tǒng)計平均性動力學性質(非平衡性)平衡狀態(tài)下結構單元在空間的排布方式“結構”的嚴格定義55合成高分子的結構特征統(tǒng)計平均性動力學性質(非平衡性)平衡狀態(tài)確定的局部構象僅在晶格中存在無定形區(qū)的局部構象和整體構象僅具有統(tǒng)計意義，故一般不稱“結構”，只說構象故不可套用蛋白質的結構劃分一級、二級等，應直接說構象、構造、共聚物序列等56確定的局部構象僅在晶格中存在無定形區(qū)的局部構象和整體構象僅具“聚集態(tài)結構”高分子鏈之間的排列與堆砌，也稱為超分子結構一、高分子鏈分子“分子鏈”的堆砌可以是超分子的，但也可以是分子內的這是前面化學與物理結構矛盾的延續(xù)57“聚集態(tài)結構”高分子鏈之間的排列與堆砌，也稱為超分子結構一、二、從聚集的角度看，聚合物中沒有”高分子鏈的堆砌”，只有鏈段的堆砌無定形態(tài)還是半晶態(tài)莫不如此58二、從聚集的角度看，聚合物中沒有”高分子鏈的堆砌”，只有鏈段無定形態(tài)：(a)球粒模型(b)曲棍模型(c)非晶毛氈模型59無定形態(tài)：(a)球粒模型

通過小角中子散射證實，不論是玻璃態(tài)還是熔體態(tài)，高分子鏈都處于無擾狀態(tài)，分布完全是無規(guī)的所謂堆砌都是范圍內鏈段的堆砌60通過小角中子散射證實，不論是玻璃態(tài)還是熔體態(tài)，高分子鏈都處半晶態(tài)晶區(qū)結構共存結構晶格晶片晶疊形態(tài)球晶串晶橫晶纖維晶鏈節(jié)堆砌鏈段堆砌61半晶態(tài)晶區(qū)結構共存結構晶格晶片晶疊形態(tài)球晶串晶橫晶纖維故外文書找不到對應術語不同相區(qū)的共存結構一般稱形態(tài)

或62故外文書找不到對應術語不同相區(qū)的共存結構一般稱形態(tài)或62取向態(tài)取向不是聚集態(tài)(a)基團取向(b)鏈段取向(c)晶片取向(d)末端矢量取向(e)整鏈取向不能用“結構”描述取向可發(fā)生于無定形態(tài)，主要發(fā)生于半晶態(tài)63取向態(tài)取向不是聚集態(tài)(a)基團取向(b)鏈段取向“織態(tài)結構”來自(織物、圖案、結構)織態(tài)結構偏離了該術語的原意64“織態(tài)結構”來自(織物、圖案、結構)織態(tài)結構偏離了該術語的相與相共存的關系是相態(tài)，不是聚集態(tài)，不是凝聚態(tài)，更不是結構仍用或65相與相共存的關系是相態(tài)，不是聚集態(tài)，不是凝聚態(tài)，更不是結構仍為什么形態(tài)、相態(tài)而不稱結構？觀察到的是，不是

從中推斷出dcz<L>66為什么形態(tài)、相態(tài)而不稱結構？觀察到的是，不是從中推斷出d用“織態(tài)結構”描述某一級結構有什么不可以？在教學中擾亂概念與思路主要關注點是影響相態(tài)的熱力學與動力學因素不是相態(tài)本身67用“織態(tài)結構”描述某一級結構有什么不可以？在教學中擾亂概念與普彈形變高彈形變強迫高彈形變IG,概念辨析二68普彈形變高彈形變強迫高彈形變IG,概念蠕變曲線1t(t)橡膠平臺末端區(qū)0交聯(lián)s2369蠕變曲線1t(t)橡膠平臺末端區(qū)0交聯(lián)s2362：鍵長鍵角引起的形變1：類似小分子材料的形變何謂“普”？類似小分子材料的形變3：瞬時形變，符合虎克定律矛盾702：鍵長鍵角引起的形變1：類似小分子材料的形變何謂“普”？不“普”71不“普”71鍵長鍵角的改變？72鍵長鍵角的改變？72石墨單晶：1000高模碳纖維：600~900149：180聚乙烯纖維：120~170玻璃態(tài)塑料：2~3鍵長鍵角內旋角(構象)

微乎其微73石墨單晶：1000鍵長鍵角內旋角(構象)微乎其微73內旋角的改變74內旋角的改變74內旋角的改變75內旋角的改變75內旋角變化的雙重作用改變構象分布，與形變相適應改變局部構象，與形變相適應76內旋角變化的雙重作用改變構象分布，與形變相適應改變局部構象，內旋角變化的雙重回復機理局部構象改變——能彈性改變構象分布——熵彈性77內旋角變化的雙重回復機理局部構象改變——能彈性7710-1410-1210-1010-810-610-410-210010+21010109108107106105104103G,0聚異丁烯25C應力被松弛的連續(xù)過程局部，能彈半局部，半能彈半分布，半熵彈基本分布，基本熵彈7810-1410-1210-1010-810-610-(f/T)V,L(U/L)T,V