高分子物理-第1章-緒論

1、,第1章 緒 論 （2學(xué)時(shí)）,浙江工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院本科教學(xué)課程 高分子物理 主講教師：徐立新/馬猛 葉會見；總學(xué)時(shí)：48,個(gè)人簡介,00,徐立新 （1973.3），教授 浙江大學(xué)高分子化學(xué)與物理博士：2010.03； 加拿大Laurentian 大學(xué)訪問學(xué)者：2008.03； 加拿大Laurentian 大學(xué)博士后：2010.09； 主持“國家自然科學(xué)基金”等項(xiàng)目8項(xiàng)； 石墨烯制備、功能化及應(yīng)用, ; 存中樓230#；西配樓329#； QQ：1417859019,個(gè)人簡介,00,馬猛（1984.10），講師 四川大學(xué)高分子材料博士：2013.07； 主持“國

2、家自然科學(xué)基金”等項(xiàng)目5項(xiàng)； 高分子材料結(jié)晶、聚合物復(fù)合材料、多相多組分材料的表面與界面、高分子相轉(zhuǎn)變、高分子材料功能高性能化等研究領(lǐng)域；,;664969）; 存中樓至真園Y2； QQ：405151817,個(gè)人簡介,00,葉會見（1983.6），校聘副教授 哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)博士：2015.03； 賓州州立大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生：2012.10-2014.09 現(xiàn)主持省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目4項(xiàng)； 電活性高分子,; 存中樓二樓至真園；西配樓329#,目 錄,1.1 高分子科學(xué)的發(fā)展簡史 1.2 高分子的基本定義及類型 1.3 高分子物理研究內(nèi)容 1

3、.4 課程教學(xué)安排,00,1.1 高分子科學(xué)發(fā)展簡史,1.1.1 高分子蒙昧?xí)r期 19世紀(jì)中葉前,01,（b）,圖1.木材,圖2. 竹子,1.1.1 高分子蒙昧?xí)r期 19世紀(jì)中葉前,（b）,02,圖3. 虎皮,圖4. 蛇皮二胡,1.1.1 高分子蒙昧?xí)r期 19世紀(jì)中葉前,（b）,03,圖5. 木船油漆,圖6. 木盆油漆,圖7. 油紙傘,1.1.1 高分子蒙昧?xí)r期 19世紀(jì)中葉前,（b）,04,圖8. “彈棉花”,圖9. 棉花,圖10. 棉制品,1.1.1 高分子蒙昧?xí)r期 19世紀(jì)中葉前,（b）,05,圖11. 橡膠樹,圖12. 膠乳,1.1.1 高分子蒙昧?xí)r期 19世紀(jì)中葉前,（b）,06,蠶

4、寶寶,蠶繭,絲綢,圖13. 蠶絲及絲綢,1.1.1 高分子蒙昧?xí)r期 19世紀(jì)中葉前,（b）,07,蕃薯,雞蛋,面條,米飯,圖14. 各類天然食物,1.1.1 高分子蒙昧?xí)r期 19世紀(jì)中葉前,08,很久以前，各類天然高分子材料已經(jīng)在人類生活和生產(chǎn)中存在并得到廣泛應(yīng)用，但人們并不知道它們的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)。這是高分子學(xué)科的蒙昧?xí)r期（19世紀(jì)中葉前）。,1.1.2 高分子科學(xué)萌芽時(shí)期19世紀(jì)后期20世紀(jì)初,09,天然橡膠的硫化 1839年，美國人Charles Goodyear(查爾斯固特異)發(fā)明了天然橡膠硫化工藝，使天然橡膠得到廣泛應(yīng)用。,1.1.2 高分子科學(xué)萌芽時(shí)期19世紀(jì)后期20世紀(jì)初,10,

5、賽璐璐塑料的發(fā)明：1869年，美國人John Wesley Hyatt對纖維素進(jìn)行硝化后溶解于乙醚和乙醇，并加入樟腦后蒸發(fā)獲得賽璐璐塑料（也稱為人造塑料）。,圖17. 賽璐璐的發(fā)明人John Wesley Hyatt,1.1.2 高分子科學(xué)萌芽時(shí)期19世紀(jì)后期20世紀(jì)初,11,酚醛樹脂的合成：1872年德國化學(xué)家阿道夫馮拜爾發(fā)明酚醛樹脂的合成，進(jìn)一步由比利時(shí)化學(xué)家貝克蘭改進(jìn)并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。第一個(gè)合成的高分子材料。,Belgium Leo Baekeland,圖18. 酚醛樹脂產(chǎn)品,1.1.2 高分子科學(xué)萌芽時(shí)期19世紀(jì)后期20世紀(jì)初,12,高分子學(xué)科的萌芽時(shí)期：自19世紀(jì)后期，直至20世紀(jì)初

6、期，化學(xué)家們開始關(guān)注羊毛、蠶絲等天然高分子的結(jié)構(gòu)與組成，并對其進(jìn)行了人工改性，同時(shí)合成了一批新的高分子化合物，通常以粘稠的混合物存在。,1.1.3 高分子學(xué)說的誕生20世紀(jì)2040年代,13,1925理查德席格蒙德年諾貝爾化學(xué)獎獲得者,1926年諾貝爾化學(xué)獎獲得 者西奧多斯維德伯格,與膠體締合理論的爭論： 當(dāng)時(shí)認(rèn)為纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)、橡膠等既無明確熔點(diǎn)又不能蒸餾或重結(jié)晶的材料，通常都被看作是具有“膠體行為”的小分子締合體。,1.1.3 高分子學(xué)說的誕生20世紀(jì)2040年代,14,Hermann Staudinger 德國化學(xué)家,1953年諾貝爾化學(xué)獎； 1920年論聚合發(fā)表；,天然橡膠具有線

7、型直鏈價(jià)鍵結(jié)構(gòu)；建議了部分聚合物的結(jié)構(gòu)式；分子量的多分散性特點(diǎn)等。 論證了聚合過程是由小分子相互結(jié)合的過程。,1.1.3 高分子學(xué)說的誕生20世紀(jì)2040年代,15,高分子這一新興的學(xué)科有力地推動了高分子工業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、丁苯橡膠、氯丁橡膠以及高壓法聚乙烯等合成高分子材料新品種不斷投入工業(yè)化生產(chǎn)，合成材料迅速進(jìn)入人類的生活之中。,1.1.3 高分子學(xué)說的誕生20世紀(jì)2040年代,16,Flory（1910-1985） 美國科學(xué)院院士 1974年獲Nobel化學(xué)獎,Flory在高分子溶液的熱力學(xué)性質(zhì)和聚合反應(yīng)動力學(xué)的統(tǒng)計(jì)學(xué)研究方面做了大量工作，他的科學(xué)成果包括導(dǎo)致工業(yè)化

8、的尼龍與合成橡膠的研究和開發(fā)，以及對于聚合物形成過程及其本體和在溶液中的性質(zhì)研究。,1.1.3 高分子學(xué)說的誕生20世紀(jì)2040年代,17,Ziegler（1898-1973）,德國有機(jī)化學(xué)家,1963年獲Nobel化學(xué)獎,Natta（1903-1979） 意大利高分子化學(xué)家，1963年獲Nobel化學(xué)獎,1953年發(fā)明了齊格勒催化劑以及低壓聚乙烯合成方法，使聚乙烯的工業(yè)化生產(chǎn)取得了重大進(jìn)展。 1954年-1956年納塔改進(jìn)了齊格勒催化劑，使其能適用于聚丙烯的生產(chǎn)，從而建立了有規(guī)立構(gòu)聚丙烯的合成方法。,1.1.3 高分子學(xué)說的誕生20世紀(jì)2060年代,18,1930 / PS聚苯乙烯 1934

9、 / PMMA有機(jī)玻璃、PVC聚氯乙烯 1939 / PE聚乙烯、PA聚酰胺 1943 / PTFE聚四氟乙烯、PUR聚氨酯 1946 / UP聚酯 1947 / EP環(huán)氧樹酯 1953 / PET聚酯、ABS工程塑料、HDPE聚乙烯 1957 / PP聚丙烯 1959 / PC聚碳酸酯 1960 / PI聚酰亞胺,1.1.4 高分子學(xué)科的新發(fā)展,19,活性陰離子聚合； 原子轉(zhuǎn)移自由基聚合； 可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)聚合； 氮氧自由基聚合； “活性”配位聚合； 。,“活性”/可控聚合技術(shù)的發(fā)展,1.1.4 高分子學(xué)科的新發(fā)展,20,特殊環(huán)境下使用的特種高分子材料開發(fā),耐高溫高分子材料；

10、 耐低溫高分子材料； 耐超高電場高分子； 海水環(huán)境使用高分子； 。,1.1.4 高分子學(xué)科的新發(fā)展,21,各類功能高分子的合成及應(yīng)用,導(dǎo)電高分子； 高分子分離膜； 液晶高分子； 聚合物鋰離子電池隔膜； 太陽能電池； 生物醫(yī)用高分子材料 能源材料 。,液晶顯示屏,1.1.4 高分子學(xué)科的新發(fā)展,22,與生命科學(xué)緊密結(jié)合,Merrifield（1921- ） 美國生物化學(xué)家 1984年獲Nobel化學(xué)獎,R.B.Merrifield以交聯(lián)高分子為載體合成聚肽，多肽的人工合成是高分子時(shí)代的輝煌成果。 1965年中國用人工合的方法制成結(jié)晶牛胰島素，這是世界上出現(xiàn)的第一個(gè)人工合成的蛋白質(zhì)，對于揭開生命奧

11、秘有著重大意義。,1.2 高分子定義及類型,1.2.1 高分子基本定義,23,從小分子到大分子-建立大分子的概念,1.2.1 高分子基本定義,24,1.2.1 高分子基本定義,25,1.2.2 高分子基本類型,26,（1）按照來源分類,天然高分子材料 Natural polymer 石棉； 石墨； 金剛石； 淀粉； 纖維素； 絲； 毛； 蛋白質(zhì)； 天然橡膠； 遺傳物質(zhì)如酶、DNA等；,合成高分子材料 Synthesized polymer 酚醛樹脂； 聚氯乙烯； 聚乙烯； 聚丙烯； 聚苯乙烯； 尼龍66； 聚對苯二甲酸乙二醇酯； ABS； 順丁橡膠； 丁基橡膠；,1.2.2 高分子基本類型,2

12、7,（2）按性能和用途分類,傳統(tǒng)分類： 塑料； 橡膠； 涂料； 油墨； 纖維； 薄膜； 粘合劑； 。,按特殊功能分類： 導(dǎo)電高分子； 發(fā)光聚合物； 阻尼高分子材料； 磁性高分子材料； 可降解高分子； 生物醫(yī)用高分子； 。,1.3 高分子物理研究內(nèi)容、任務(wù)目的,1.3.1 高分子課程體系,28,如此的長鏈必然引起聚合物分子結(jié)構(gòu)諸多特點(diǎn)：,長鏈互相纏繞,分子間相互作用力大-范德華力的疊加,粘度高,機(jī)械強(qiáng)度高,結(jié)晶不完善,因此，在讓聚合物為我們的生活生產(chǎn)服務(wù)之前，我們有必要充分了解大分子的結(jié)構(gòu)。,也就是學(xué)習(xí)高分子物理的目的,1.3.2 高分子物理研究內(nèi)容,烷烴中的C原子數(shù)超過1000，才是我們常規(guī)意

13、義上的聚合物（大分子）聚乙烯?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)如下：,29,原子結(jié)構(gòu),主價(jià)力,分子結(jié)構(gòu),分子間力,凝聚態(tài)結(jié)構(gòu),以聚乙烯為例：原子？主價(jià)力？分子結(jié)構(gòu)？分子間力？凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)？,那么高分子物理？我們學(xué)習(xí)什么呢？,聚 合 物 結(jié) 構(gòu) 與 性 能 相 互 關(guān) 系,學(xué)習(xí)高分子物理的主線-,1.3.2 高分子物理研究內(nèi)容,30,1.3.2 高分子物理研究內(nèi)容,31,串晶,球晶,伸直鏈晶體,1.3.2 高分子物理研究內(nèi)容,32,高分子物理是一門研究高分子結(jié)構(gòu)、運(yùn)動及外在性能三者間關(guān)系的一門學(xué)科。 高分子的結(jié)構(gòu)； 高分子結(jié)構(gòu)的變化（運(yùn)動）； 高分子內(nèi)在結(jié)構(gòu)與外在性能間的關(guān)系；,高分子物理 ：物構(gòu)物化物性 結(jié)構(gòu)性能的研究

14、是合成與應(yīng)用之間的橋梁中心內(nèi)容： 結(jié)構(gòu)大分子運(yùn)動性能 微觀 宏觀 基礎(chǔ)、本質(zhì) 橋梁 表現(xiàn) 多層次 多模式 多種多樣,1.4 課程教學(xué)安排,1.4.1 學(xué)習(xí)內(nèi)容與重點(diǎn),33,第一章：緒論； 第二章：高分子鏈結(jié)構(gòu)；重點(diǎn) 第三章：聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（結(jié)晶）；重點(diǎn) 第四章：聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（非晶）；重點(diǎn) 第五章：聚合物分子結(jié)構(gòu)與運(yùn)動變化；重點(diǎn) 第六章：聚合物力學(xué)性能；重點(diǎn) 第七章：聚合物其它性能； 第八章：聚合物分析測試技術(shù)。 總學(xué)時(shí)：48,1.4.2 學(xué)習(xí)特點(diǎn)和方法,34,學(xué)習(xí)特點(diǎn)： 注重基本概念的理解； 建立形象的結(jié)構(gòu)圖景； 注重討論式學(xué)習(xí)與理解； 注重微觀結(jié)構(gòu)與宏觀現(xiàn)象的關(guān)聯(lián)。 學(xué)習(xí)方法： 牢固樹立結(jié)構(gòu)決定性能，性能反映結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)； 掌握和理解分子運(yùn)動的橋梁作用； 掌握和記憶一些曲線圖； 理論聯(lián)系實(shí)際，創(chuàng)造性的或開拓性的學(xué)習(xí)。,1.4.3 成績評價(jià),35,課堂討論：