《高分子物理与化学》课件

《高分子物理与化学》课程简介本课程旨在为学生打下高分子物理与化学基础，并培养学生对高分子材料的理解和应用能力本课程内容涉及高分子结构、性质、合成、表征等方面的知识，并结合最新的研究进展和应用实例，帮助学生掌握高分子科学的基础理论和应用技术高分子的定义和特点巨大分子长链结构

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2.12高分子是由许多重复结构单元高分子通常以长链的形式存组成的，分子量很大，通常在在，这些链可以通过共价键连几千到几百万之间接在一起柔性链多样性

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4.34高分子链通常是柔性的，可以高分子材料种类繁多，具有各自由旋转和弯曲，这使得高分种物理和化学性质，可以满足子材料可以表现出各种性质各种应用需求高分子的基本单体和重复单元基本单体重复单元基本单体是指构成高分子的基本结构单重复单元是指高分子链中不断重复的结构元，它通常是具有双键或环状结构的小分单元，它是由基本单体通过聚合反应连接子，例如乙烯、丙烯和苯乙烯而成的，例如聚乙烯的重复单元是-CH2-CH2-高分子链的构型和构象构型构象构型是指高分子链中原子或基团在空间的排列方式，由化学键的连构象是指高分子链在空间的立体形状，可通过单键的旋转改变，是接方式决定，无法通过旋转或振动改变高分子链的动态变化形式高分子链的动力学性质构象变化扩散和粘度高分子链在热力学作用下，不断高分子链的运动会导致其在溶液地发生构象变化，表现出一定的或熔融状态下发生扩散，表现出柔性和弹性不同的粘度动力学行为高分子链的动力学行为与温度、溶剂、分子量等因素有关，影响材料的物理性能高分子溶液的基本特性溶解度溶解度取决于高分子和溶剂的化学结构、极性、分子量等因素粘度高分子溶液的粘度一般高于纯溶剂，并且随高分子浓度和分子量增加而增大渗透压高分子溶液由于高分子不能透过半透膜，因此具有较高的渗透压高分子的分子量和分子量分布高分子材料的分子量是其最重要的性质之一，它直接影响材料的物理、化学和机械性能高分子材料的分子量通常不是单一的，而是呈现出一定的分布高分子的相态变化玻璃态1高分子链处于冻结状态，不能自由运动橡胶态2高分子链段开始运动，具有弹性粘流态3高分子链段能自由运动，表现出粘性流动熔融态4高分子链段完全解缠，表现出液态特性高分子材料的相态变化通常表现为玻璃态、橡胶态、粘流态和熔融态，不同相态具有不同的物理性质在不同的温度和压力条件下，高分子材料会发生相变高分子熔融态和玻璃态熔融态玻璃态高分子材料在温度高于熔点时处于熔融态，分子链发生无序运高分子材料在温度低于玻璃化转变温度时处于玻璃态，分子链运动动受限熔融态的高分子具有流动性，可以被加工成各种形状玻璃态的高分子具有刚性，形状稳定，但缺乏流动性高分子的晶态结构高分子材料的晶态结构是指高分子链在空间排列成有序的晶体结构这种结构具有周期性、对称性和长程有序的特点高分子晶态结构可以分为结晶度和晶体结构结晶度是指晶态结构的比例，而晶体结构是指晶体单元的排列方式高分子的非晶态结构高分子非晶态结构是指高分子链在空间排列没有规则性，没有长程有序性，没有固定的熔点，只是在一定温度范围内发生玻璃化转变高分子非晶态结构是指高分子链在空间排列没有规则性，没有长程有序性，没有固定的熔点，只是在一定温度范围内发生玻璃化转变玻璃化转变是指高分子从硬脆的玻璃态转变为柔性的橡胶态高分子非晶态材料通常具有透明性、延展性、较低的强度和刚度，例如聚苯乙烯、聚氯乙烯等高分子的取向结构取向的定义取向的影响因素取向的作用是指高分子链在一定方向上排列的程包括拉伸、挤压、吹塑等加工方法以及提高高分子材料的强度、刚度、模量、度，是影响高分子材料性能的重要因温度、压力、时间等条件耐热性等性能素高分子的力学性能弹性强度韧性疲劳弹性是指材料在外力作用下发强度是指材料抵抗外力破坏的韧性是指材料抵抗断裂的能疲劳是指材料在反复荷载作用生形变，去除外力后恢复原状能力，包括抗拉强度、抗压强力，反映了材料在断裂前吸收下，即使荷载小于屈服强度，的能力度、抗剪强度等能量的多少也会发生断裂的现象高分子的热稳定性耐热性热降解

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2.12高分子材料在高温下保持其物高分子材料在高温下发生化学理和化学性能的能力分解，导致性能下降热氧化热稳定性测试

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4.34高分子材料在高温下与氧气反热重分析等方法用于TGA应，形成氧化产物评估高分子材料的热稳定性高分子的电性能导电性介电性能压电性能高分子材料的导电性能取决于分子结构和组介电常数反映了高分子材料储存电能的能某些高分子材料在机械应力作用下产生电成，影响电子传输和离子迁移力，在电容器和绝缘材料中具有重要应用荷，用于传感器和能量转换高分子的光学性能折射率透光性高分子材料的折射率与其化学结构和密度有关不同的高分高分子材料的透光性与其结构和组成有关透明的高分子材子材料具有不同的折射率，这使得它们在光学器件中得到广料被广泛用作透镜、光纤和窗口泛应用光致发光颜色一些高分子材料在吸收光能后会发出荧光或磷光，这使得它高分子材料的颜色由其分子结构和添加剂决定可以通过添们在显示器和照明器件中得到应用加颜料或染料来改变高分子材料的颜色，从而满足不同的应用需求高分子的化学反应聚合反应降解反应单体通过化学反应连接形成高分子高分子链断裂成较小的分子链交联反应氧化反应高分子链之间形成化学键高分子链与氧气发生反应高分子的合成方法123缩聚反应加聚反应开环聚合单体分子通过相互反应生成聚合物并生单体分子通过打开双键或环状结构，连环状单体通过开环反应生成聚合物，例成小分子副产物，例如水、甲醇或二氧接在一起形成聚合物，没有副产物生如环氧树脂、环状酯类、环状酰胺类化碳成聚合反应动力学聚合反应动力学研究聚合反应速率和反应机理它揭示了影响聚合反应过程的因素，如温度、单体浓度、引发剂浓度等反应速率单体消耗速度反应机理反应步骤和中间体活化能反应进行所需的能量聚合反应的影响因素单体性质引发剂类型单体结构和反应活性影响聚合速引发剂类型决定聚合反应的起始率和聚合物性质方式和聚合物的分子量反应温度反应介质温度影响聚合速率、聚合物的分溶剂极性、粘度和水含量影响聚子量和结构合反应的速率和产物质量高分子材料的加工与成型塑化在热和压力作用下，使高分子材料软化，使其具有可塑性成型通过模具或其他工具将塑化的材料塑造成所需形状冷却固化冷却固化的材料，使其恢复到固态，并保持其形状后处理对成型后的产品进行修整、抛光或其他处理，使其达到最终的质量要求高分子材料的改性技术物理改性化学改性表面改性改变高分子材料的物理结构，例如加入填通过化学反应改变高分子材料的分子结构，改变高分子材料表面性质，例如涂层、接料、增强剂、增塑剂等，以改善其性能例如接枝、交联、降解等，以改变其性能枝、氧化等，以改善其性能高分子材料的应用领域包装材料建筑材料高分子材料在包装领域应用广高分子材料在建筑领域应用广泛，例如塑料袋、薄膜、瓶子泛，例如管道、合成树PVC等，具有轻便、防水、防潮、脂、防水材料等，具有耐腐防震等优点蚀、耐高温、保温隔热等优点高分子绿色化和可持续发展可持续材料设计绿色合成技术开发可生物降解、可回收或可循环利用的聚合物材料减少环境污染，降低能源消耗，提高生产效率的聚合物合成方法利用可再生资源，如植物油、生物质等，生产高分子材料利用催化剂、生物催化剂和绿色溶剂等技术，实现高效、环保的聚合物合成高分子回收与再利用回收处理再利用可持续发展高分子材料回收处理包括机械回收、化学回回收的高分子材料可以制成再生塑料、纤高分子回收与再利用可以减少环境污染，节收和能源回收维、树脂等约资源高分子前沿技术和发展趋势纳米高分子材料智能高分子材料

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2.12纳米材料尺寸小表面积大表智能高分子材料能对外界刺激,,面效应显著纳米高分子材料作出响应具有感知、识别、,具有优异的力学、热学、光响应、执行功能学、电学性能生物降解高分子材料高分子复合材料

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4.34生物降解高分子材料在生物体高分子复合材料通过将两种或内可被酶降解对环境友好具多种材料复合充分发挥各组,,,有广阔的应用前景分的优势性能优异,高分子技术的社会影响环境影响医疗保健信息技术建筑行业塑料制品的使用导致环境污高分子材料在医疗器械、药物高分子材料在电子器件、光纤高分子材料在建筑材料、隔热染，如白色污染和海洋塑料污输送系统、组织工程等领域发通信、显示技术等方面应用广保温材料、防水材料等方面发染，对生态系统造成严重破挥着至关重要的作用，提高医泛，推动信息技术快速发展挥着重要作用，提升建筑性坏疗效率，改善患者生活质量能，节约能源高分子在生命科学中的应用生物材料生物传感器高分子材料在生物医学领域得到高分子材料可用于制备生物传感广泛应用，例如，用于制作人工器，用于检测生物体内的各种物器官、组织工程支架、药物缓释质，例如，葡萄糖、蛋白质等载体等基因工程药物研发高分子材料在基因工程中发挥着高分子材料可以用于制备药物，重要作用，例如，用于基因载例如，靶向药物、缓释药物等，体、基因诊断试剂等提高药物的疗效和安全性高分子在能源领域的应用太阳能电池能源存储

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2.12高分子材料可用于制作高效、高分子材料可用于制造锂离子低成本的太阳能电池，例如有电池的电极材料，提高电池的机太阳能电池能量密度和循环寿命能源转换能源效率

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4.34高分子材料可用于制备燃料电高分子材料可用于制造保温材池的膜材料，提高燃料电池的料，减少能源消耗，提高能源效率和稳定性利用效率高分子在环境保护中的应用可生物降解塑料吸附剂聚乳酸、聚羟基烷酸酯等可生物降解塑料高分子材料可以作为吸附剂，用于去除水可替代传统塑料，减少塑料污染，促进循体和土壤中的重金属、有机污染物等环经济发展可生物降解塑料在土壤中被微生物降解，高分子吸附剂具有高吸附容量、选择性转化为二氧化碳和水，不会造成持久性污强、易再生等优点，可有效治理环境污染染高分子技术创新与产业发展基础研究产业升级应用拓展可持续发展加强高分子材料基础理论研推动高分子材料产业向高端探索高分子材料在航空航天、关注高分子材料的循环利用，究，探索新材料合成方法，开化、智能化、绿色化方向发生物医学、能源等领域的应促进资源节约，推动绿色发发具有特殊性能的材料展，提升产品附加值用，推动科技进步展。