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高分子物理. 沈阳化工学院材料学院. 绪论. 1. 高分子科学的三个主要分支 2. 高分子科学的发展历程 3. 中国高分子科学院士及发展领域 4. 高分子物理内容简介 5. 参考资料 6. 成绩考核方法. 高分子科学. 高分子科学是以高分子化合物为研究对象，在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科。. 研究聚合反应基本原理，基本方法，聚合物性能与聚合反应条件之间的相关性原理以及聚合物合成与使用过程中所涉及的化学反应过程。. 高 分 子 化 学.
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高分子物理 沈阳化工学院材料学院
绪论 1. 高分子科学的三个主要分支 2. 高分子科学的发展历程 3. 中国高分子科学院士及发展领域 4.高分子物理内容简介 5. 参考资料 6. 成绩考核方法
高分子科学 高分子科学是以高分子化合物为研究对象，在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科。 研究聚合反应基本原理，基本方法，聚合物性能与聚合反应条件之间的相关性原理以及聚合物合成与使用过程中所涉及的化学反应过程。 高 分 子 化 学 研究聚合物的化学组成和结构，与其各种物理，机械性能之间的关系，以及高聚物中分子运动规律的科学。是沟通合成与应用的桥梁。 高 分 子 科 学 高 分 子 物 理 从应用的角度研究各种类型聚合物加工成型的原理与工艺条件，影响因素和设备等。 高 分 子 加 工 功能高分子
l 1839年，美国人Goodyear发明了天然橡胶的硫化。l 1839年，美国人Goodyear发明了天然橡胶的硫化。 l1869年，英国人Parks制得赛璐璐塑料（硝化纤维+樟脑）。 l 1883年，法国人de Chardonnet发明了人造丝。 l 1909年，贝克兰合成酚醛树脂 l 1911年，英国马修斯合成聚苯乙烯 1912年，聚氯乙烯被合成 1925年，聚乙烯乙酸酯实现工业化 1927年，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚乙烯醇问世 1931年，聚氯乙烯（PVC）和氯丁橡胶问世 1934年，聚苯乙烯（PS）问世 1935年，尼龙-66问世并于1938年实现工业化 1939年，低密度聚乙烯（LDPE）问世 1940年，丁苯橡胶和丁基橡胶问世 1941年，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，涤纶）问世 1943年，聚四氟乙烯（PTFE）问世 1948年，维尼纶问世 1950年，聚丙烯腈（腈纶，PAN）问世 1955年，顺丁橡胶问世
塑料的发现 1869年31岁的印刷工人约翰•海阿特发明赛璐珞 1909年贝克兰发明酚醛树脂
纤维的发展 • 1855年瑞士人奥蒂玛斯把纤维素放在硝酸中得到硝化纤维素溶液，制得第一根人造纤维； • 1883年查唐纳脱把硝化纤维素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造丝；
发展期 争鸣期 萌芽期 蒙昧期 人类的文明史 = 材料的发展史
高分子科学的发展概况 一．蒙昧期 19世纪中叶以前 无意识地使用高分子材料 二．萌芽期 20世纪初期 出现化学改性和人工合成的高分子
三. 争鸣期 20世纪初期到30年代 高分子（Macromolecule，Polymer）概念形成 1920年德国学者H.Staudinger发表了他的划时代的文献“论聚合”，提出异戊二烯构成橡胶，葡萄糖构成淀粉，纤维素氨基酸构成蛋白质，都是以共价键彼此连接，提出高分子长链结构的概念。 1932年， H.Staudinger提出了溶液粘度与分子量的关系式。并测定出大分子的分子量。 从此，才开始了合成高分子科学的时代，相继合成了尼龙（聚酰胺）聚氯丁橡胶、丁苯橡胶等许多高分子材料，形成了高分子化学研究领域。
四.发展期 20世纪30年代到50年代 随着大批新合成高分子的出现，对这些聚合物的性能表征，以及料解其结构对性能的影响等问题也随之变得必要了，从20世纪50年代，随着物理学家、化学家的投入，开始形成高分子物理研究领域。 W．Kuhn、E.Guth和H.Mark等把统计力学用于高分子链的构象统计，建立了橡胶高弹性统计理论 Svedbergy用超离心技术测定蛋白质的分子量 1942年，Flory和Huggins用似晶格模型推导出高分子溶液的热力学性质，理论上的解释了高分子稀溶液的依数性质 Debeye和Zimm用光散射法研究高分子溶液性质，测定了Mw 1949年，Flory和Fox把热力学和流体力学联系起来，使粘度、扩散、沉降等宏观性质与分子的微观结构有了联系 Tobolsky，Williams等发展了粘弹性理论 Watson和Crick用X射线衍射法研究高分子的晶系结构，于1953年确定了脱氧核糖核酸的双螺旋结构。此后人们发现许多天然高分子和合成高分子都具有这种奇特的结构。 高分子物理学说基本形成
Polymer Science and Nobel Prize • 1953, Hermann Staudinger H. Staudinger （德国）: 把“高分子”这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系（1953年诺贝尔奖） “for his discoveries in the field of macromolecular chemistry” H. Staudinger (1881-1965)
1963， Karl Ziegler and Giulio Natta Karl Ziegler (1903-1979) Giulio Natta (1898-1973) K.Ziegler （德国）, G.Natta（意大利） : 乙烯、丙烯配位聚合 （1963年诺贝尔奖）
"for his fundamental achievements, both theoretical and experimental, in the physical chemistry of the macromolecules" • 1974, Paul J. Flory P. J. Flory(美国）: 聚合反应原理、高分子物理性质与结构的关系（1974年诺贝尔奖） Paul J. Flory (1910-1985)
de Gennes(法国)：软物质、普适性、标度、魔梯。 （1993年诺贝尔奖） • 1991, Pierre-Gilles de Gennes "for discovering that methods developed for studying order phenomena in simple systems can be generalized to more complex forms of matter, in particular to liquid crystals and polymers" Pierre-Gilles de Gennes (1932~ )
Hideki Shirakawa (1936~ ) Alan J. Heeger (1936~ ) Alan G. MacDiarmid (1927~ ) H. Shirakawa白川英树(日本), Alan G. MacDiarmid (美国), Alan J. Heeger (美国)：对导电聚合物的发现和发展（2000年诺贝尔奖） • 2000, Hideki Shirakawa, Alan J. Heeger and Alan G. MacDiarmid
我国高分子科学的发展 l 我国高分子研究起步于50年代初，唐敖庆于1951年，发表了首篇高分子科学论文。 l 长春应化所1950年开始合成橡胶工作（王佛松，沈之荃）； l 冯新德50年代在北京大学开设高分子化学专业。 l 何炳林50年代中期在南开大学开展了离子交换树脂的研究。 l 钱人元于1952年在应化所建立了高分子物理研究组，开展了高分子溶液性质研究。 l 钱保功50年代初在应化所开始了高聚物粘弹性和辐射化学的研究。 l 徐僖先生50年初成都工学院（四川大学）开创了塑料工程专业。 l 王葆仁先生1952年上海有机所建立了PMMA、PA6研究组
中国高分子领域院士及从事的领域 冯新德 北大 高分子化学 王佛松 长应化 顺丁橡胶国产化 沈芝荃 浙大 高分子合成 林尚安 中山大学 高分子化学 沈家骢 吉大 功能高分子及生物大分子合成 卓仁喜 湖北大学 生物高分子 周其凤 北京大学 高分子液晶 高分子化学 钱人元 中化所 高分子物理，凝聚态物理的研究 唐敖庆 吉大 量子物理与统计在高分子中应用 高分子物理 高分子材料与工程 徐僖 四川大学 聚合物的加工成型理论 徐端夫 化学所 高分子物理及纤维材料
中科院化学所何嘉松研究员获得“Paul J. Flory Polymer Research Prize” • 在2008年POLYCHAR 16－先进材料世界论坛上，何嘉松研究员被授予“Paul J. Flory Polymer Research Prize”，该奖项2000年由国际POLYCHAR委员会为纪念高分子界著名科学家、诺贝尔奖获得者Paul J. Flory而设立，用于表彰对高分子科学和工程领域的概念、模型、理论、过程或发现有原始创新和突出贡献的科学家。 • 何嘉松研究员因提出“原位混杂复合材料”的概念、发现“流变混杂效应”及其产生于填充聚合物熔体的条件，而成为本年度该奖项的唯一获奖者。
高分子材料的应用 以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。 塑 料 纤 维 纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100倍。 性 质 和 用 途 橡 胶 具有可逆形变的高弹性材料。 涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和保护作用的聚合物材料 涂 料 能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料 胶粘剂 具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料 功能高分子
生物材料 人造心脏 人工心脏瓣膜
生物材料 人工肾 人造关节
高分子性能 高分子结构 高分子的分子运动 高分子结构的反映 高分子性能的基础 高分子物理的研究内容 揭示高分子材料结构与性能之间的内在联系及其基本规律的科学。 第四章 聚合物的分子量 第五章 聚合物的分子运 动和转变 第三章 高分子溶液 第六章 聚合物的高弹性 第七章 聚合物的粘弹性 第八章 聚合物屈服、断裂 第九章 聚合物的流变性 第十章 聚合物的其它性质 第一章 链结构 链的近程结构 链的远程结构 第二章 聚集态结构
高分子材料的应用 • 农用塑料：①薄膜 ②灌溉用管 • 建筑工业：①给排水管PVC、HDPE ②塑料门窗 ③涂料油漆 ④复合地板、家具人造木材、地板 ⑤PVC天花板 • 包装工业：①塑料薄膜：PE、PP、PS、PET、PA等 ②中空容器：PET、、PE、PP等 ③泡沫塑料：PE、PU等 • 汽车工业：塑料件、仪表盘、保险机、油箱内饰件、坐垫等 • 军工工业：飞机和火箭固体燃料（低聚物）、复合纤维等 高分子材料遍及各行各业，各个领域：包装、农林牧渔、建筑、电子电气，交通运输、家庭日用、机械、化工、纺织、医疗卫生、玩具、文教办公、家具等等。
高分子材料的应用 • 电气工业：①绝缘材料（导热性、电阻率）等、导电高分子 ②电子：通讯光纤、电缆、电线、光盘、手机、电话 ③家用电器：外壳、内胆（电视、电脑、空调）等 • 医疗卫生中的应用： 人工心脏、人工脏器、人工肾（PU）、 人工肌肉、输液管、血袋、注射器、 可溶缝合线、药物释放等。 • 防腐工程：耐腐蚀性，防腐结构材料。如水管阀门（PTFE）： 230～260℃长期工作，适合温度高腐蚀严重的产品。 • 功能高分子：离子交换树脂、高分子分离膜、高吸水性树脂、 光刻胶、感光树脂、医用高分子、液晶高分子、 高导电高分子、电致发光高分子等。
高分子物理知识解决实际生产问题 ①原料的选择和处理 分子量：分子量高，材料强度大，但加工流动性变差。 纤维塑料橡胶 分子量分布：a纤维，分布窄些，对强度性能不利。 b橡胶：平均分子量大，加工困难， 需塑炼，降低分子量，使分布变宽,改善加工性。 ②凝聚态结构的控制 结晶使材料强度↑，球晶不能过大，材料变脆，韧性↓。 可加成核剂、改变结晶温度，减小球晶尺寸，提高材料强度。 ③ 加工工艺的确定 粘度低，加工容易。 聚碳酸酯：改变温度，降低粘度。 聚乙烯：改变螺杆转速，提高注射压力和剪切力，降低粘度。
如何学好高分子物理？ 高分子物理课程特点： 内容多、概念多、头绪多、关系多、数学推导多。 如何学好高分子物理？ • 紧紧抓住高聚物结构与性能关系这一主线，将分子运动和热转变作为联系结构与性能关系的桥梁，把零散的知识融合成一体。 • 课堂内认真听讲，抓住纲要，做好笔记。 • 课后要认真看书复习，独立思考，及时完成作业。
成绩考核方式 成绩评定：平时成绩+期末成绩 平时成绩（20~30%作业+考勤） 期末成绩（80~70%卷面成绩）
