01软物质概念_高等高分子物理学 北京航空航天大学
高分子物理名词解释
第二章名词解释1.凝聚态：根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分为固体、液体、气体。
2.单分子链凝聚态：大分子特有现象，高分子最小单位。
3.内聚能：1mol凝聚体汽化时需要的能量，△E = CE =△HV-RT(△HV——摩尔蒸发热，RT——汽化时做膨胀功)4.晶胞：晶体结构中具有周期性排列的最小单位。
5.晶系：晶体按其几何形态的对称程度。
ler指数：是一种特殊的，以结晶学单胞三条棱为坐标系时确定的指数。
7.单晶：晶体的整体在三维方向上由同一空间格子组成。
8.球晶：浓溶液中析出或熔体中析出，在不存在应力的条件下，形成圆球形的晶体。
9.片晶厚度：结晶聚合物的长周期与结晶度的乘积。
10.结晶度：试样中结晶部分所占的质量分数或体积分数。
11.高分子链的缠结：高分子链之间形成物理交联点，构成网络结构,使分子链的运动受到周围分子的羁绊和限制。
12.聚合物液晶：一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后，表观上失去了固体物质的刚性，具有流动性，结构上仍保持有序结构，表现各向异性，成为固体-液体过渡状态。
13.溶致液晶：一种包含溶剂化合物在内的两种或多种化合物形成的液晶。
14.热致液晶：加热液晶物质时，形成的各向异性熔体。
15.液晶晶型：向列相（N相）:完全没有平移有序手征性液晶（胆甾相，手征性近晶相）层状液晶（近晶A，近晶C ）一维平移有序盘状液晶相（向列相ND）16.取向：在某种外力作用下，分子链或其他结构单元沿着外力作用方向择优排列的结构取向度：f=1/2（3cos2θ-1）（θ：分子链主轴与取向方向之间的夹角，称为取向角）17.双折射：一条入射光线产生两条折射光线的现象。
18.相容性：共混物各组分彼此相互容纳，形成宏观均匀材料的能力。
19.多组分聚合物：多组分聚合物又称高分子合金，指该体系中存在两种或两种以上不同的聚合物组分，不论组分之间是否以化学键相互连接。
20.自组装：基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。
第四章 软物质简介
钢时代？ 硅时代？ 塑料时代？ 合成材料时代？ 半导体时代？ 精密陶瓷时代？ 复合材料时代？ 纳米时代？
考虑到上述各种因素之后，有人提出材料应该 定义为： 人类社会所能够接受的经济地制造有用器件 的物质。
材料科学 20 世纪对于材料的发展历史来说是一个值得 大书特书的时期。20 世纪科学技术领域一系列 惊人的重大发现导致了原子能、航空航天、激 光、信息、能源等领域的巨大变化，而这些巨 大变化则有力地促进了材料的发展，使得材料 在20 世纪中叶发生了一次“革命性”的飞跃， 这个飞跃的标志就是“材料科学”的形成。
耗散结构理论
在临界点处，非线性机制放大微涨落为巨涨落，使热力学 分支失稳，在控制参数越过临界点时，非线性机制对涨落 产生抑制作用，使系统稳定到新的耗散结构分支上。 （3）开放系：由熵增原理，一个孤立系最终达到最无序 的平衡态。但对于开放系，只要外界向系统输入足够的负 熵以抵消系统本身的熵增，总熵减少，系统可以进入相对 有序的状态。 （4）在临界点(即所谓阈值)附近，涨落被不稳定的系统 放大，最后促使系统Gennes （德热纳 ）, 在诺贝尔物理 奖颁奖演讲中明确提出了 “软物质”的概念
何谓我们所指的软物质？ 美国人宁可称为“复杂流 体” … …在本世纪上半叶原子物理学的 巨变中，一个自然的结果就是软 物质，其基础是高分子、表面活 性剂、液晶，还有胶体粒子。
P. G. de Gennes
G H TS
S k lnW
可以发现其中的矛盾：W表示对应宏观状态的微观状态 数，S越大，微观状态数越多，系统越无序，似乎与熵 致有序结构矛盾。
熵驱动下的自组织
问题：熵增导致有序还是无序？
例1：如下图
混合熵 vs 平移 熵
软物质的结构和性质分析
软物质的结构和性质分析软物质是一种独特的物质，它们通常由大分子化合物构成，因此其分子结构多变，而且存在即兴相互作用，因此在科学领域中被广泛研究。
软物质的性质受到这些化合物之间的相互作用的影响，这些相互作用可以是亲水性-疏水性相互作用、随机共价键或离子对等等。
对于软物质的结构和性质进行深入的分析有助于我们更好地理解它们的物理特性和在工业和生物学中的应用。
首先，软物质的结构可以通过分子结构的多样性进行分类。
软物质可以分为线状、星状、网状等。
通过研究大分子化合物的化学结构，可以了解它们之间的相互作用机制，以及它们如何响应温度等外界因素的变化。
例如，许多聚合物，如聚丙烯酰胺和聚乙烯醇，可以在水中形成水凝胶。
在软物质的水凝胶中，分子的结构会发生变化，并且会形成网络。
这种网络形成的过程是由于水分子与高分子的相互作用力导致的，因此了解分子结构对于预测和控制软物质化合物的性质非常重要。
其次，软物质的性质可以通过它们的分子结构和物理化学性质进行分析。
这些特性包括弹性、黏性、流变性、聚合物的交联能力以及它们的热力学性质等。
例如，许多聚合物在加热过程中会熔化，并且可以通过冷却形成玻璃态聚合物。
这些特性可以通过测量该聚合物的热容和内能来解释。
此外，很多软物质通过多种方式来表现出来，以及它们是如何与溶剂发生反应的也是我们关注的重点。
最后，软物质的物理特性还受到外部因素的影响，例如温度、压力和化学成分等等。
有时候，这些因素可能会导致某些材料发生结构变化，从而影响其物理特性。
对于应用于生物医学和纳米技术的材料来说，这些特性尤为重要。
综上所述，了解软物质的结构和性质对于许多领域都非常重要。
这些知识可以用于工业制品的开发和生产，也可以用于了解许多物理、生物和化学现象的基本特性。
另外，研究软物质也不断地涌现新的机遇，因此这是一个拥有广阔前景的领域。
软物质论文
软物质摘要：软物质科学的研究正蓬勃发展，软物质有诸多奇特性能，它的运用必将造福于人类。
关键词：软物质，特征，应用，现状，前景软物质是近些年来蓬勃发展的一门科学，它标榜了继石器时代、青铜时代和铁器时代之后的又一个新的时代——高分子时代。
而软物质这门科学在对软物质的研究、开发和应用中应运而生。
谁掌握了软物质这把利剑，谁就会成为现代科学技术发展的掌舵者。
软物质是物理学的一个新的前沿学科，它跨越物理、化学、生物三大学科，也许不久的将来，它将会成为最伟大的学科之一。
对于软物质德热纳给出一个重要的特征：弱力起大变化。
想想我们曾使用的液晶电子表能使用很长时间就能发现，液晶的电子表很不费电，因为很微弱的电流就能使液晶的形态发生根本性的变化。
放进一点硫，液态的橡胶树就变成了固态的橡胶；一点骨胶可以使墨汁多年不变质；一点卤汁使豆浆变成豆腐；非常微弱的电流，就能使液晶从透明变成不透明。
这些现象告诉我们：你只须施加微小的作用，软物质的形状和性质就会发生很大的变化[1]。
软物质具有对外界微小作用的敏感和非线性响应、自组织行为、空间缩放对称性等突出特点。
就目前看来，软物质有两大非常好的应用方向：首先，软物质的研究理论对生物学的发展提供很好的基础理论。
生物学大分子一直以来都是科学研究的热点，如对DNA链的研究，在软物质中的对理想链的理论就能很好地计算DNA的伸长所消耗ATP的能量；而生物大分子的构象可由各种散射技术测定，而这些技术都是基于软物质理论中的散射法尺寸测定理论；生物细胞中的渗透压及离子运输机制都可以用软物中的混合热力学理论给出完美的结果[2]。
软物质研究将会对生物学的研究和发展带来诸多理论指导和支持，特别是在医学上研究上，能够从理论指导生物大分子和具有生物特定功能组织等的人工合成一定会给人类带来前所未有的大成就。
其次，软物质理论对高分子材料的研究和制造提供了理论基础。
高分子材料拥有耐高温、耐酸碱腐蚀、隔热性能好、经久耐用、又轻又柔等诸多优点，这是传统材料所不能匹配的。
高分子物理习题集(过丽梅)
高分子物理思考题/习题集过梅丽编北京航空航天大学2003年第一章1定义下列术语：1)内氢键;2)内聚能密度;3)构型与构象;4)无规线团;5)热塑弹体;6)分子链的最可几末端距、平均末端距和均方末端距;7)链段;8）分子链的均方半径;9)分子链的平衡态柔性和动态柔性。
2如何测定低分子物质的内聚能密度？能否用同样的方法测定高聚物的内聚能密度？3指出塑料、橡胶和纤维的内聚能密度的大致范围。
为什么聚乙烯的内聚能密度较低但能成为塑料?4写出聚1,2丁二烯和聚1,2异戊二烯可能的键接方式与构型。
51,2二氯乙烷有几种稳定的内旋转异构体？6间同立构聚丙烯是否能通过内旋转转化为全同立构聚丙烯？7设1个高分子主链由100个单键组成，每个单键相对于前一个键可以在空间采取2种可能的位置,试计算该高分子链在空间可能采取的构象数。
8将苯乙烯(S)与顺式1,4丁二烯(B)按20∶80的重量比合成的无规共聚物和SBS三嵌段共聚物在性能上可能有什么区别？9SBS热塑弹体与硫化橡胶在溶解性与热行为上有什么区别？10为什么只有柔性高分子链才适合作橡胶？金属材料能否出现高达百分之几十至几百的弹性大形变？11写出下列各组高聚物的结构单元，比较各组内几种高分子链的柔性大小并说明理由:1)聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯；2)聚乙烯，聚乙炔，顺式1,4聚丁二烯；3)聚丙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈；4)聚丙烯，聚异丁稀；5)聚氯乙烯，聚偏氯乙烯；6)聚乙烯，聚乙烯基咔唑，聚乙烯基叔丁烷；7)聚丙烯酸甲酯，聚丙烯酸丙脂，聚丙酸戌酯；8)聚酰胺6.6，聚对苯二甲酰对苯二胺；9)聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯。
12一种聚丙烯高分子链的聚合度为600，在外力作用下最大的拉伸比为10，求该高分子链的均方未端距与2f h 之比。
已知C-C 键的键长l ＝0.154nm ，键角α＝109°28'。
13测得聚丁烯-1分子链的均方半径20ρ＝36nm 2，分子量n M ＝33600,求该分子链最大伸长比m a x λ。
高分子物理学
高分子物理学高分子物理学是研究高分子物质的物理性质及其相互作用的学科。
高分子物质广泛存在于自然界和工业中，如塑料、橡胶、纤维素等，因此高分子物理学的研究对于材料科学和工程领域具有重要意义。
一、高分子物理学简介高分子物理学是物理学的一个分支，主要研究高分子物质的物理性质及其内部结构、动力学行为和相互作用。
高分子物质通常由数个重复单元组成，分子量较大，其性质与低分子物质有很大差异。
高分子物理学的研究对象包括高分子材料的结构、力学性能、热力学性质、电学性质等。
二、高分子物理学的研究方法高分子物理学研究常用的方法包括理论计算、实验研究和数值模拟。
理论计算是通过建立高分子物理学模型，运用物理学原理和数学方法，对高分子物质的性质进行定量描述和预测。
实验研究是通过设计合适的实验方案，利用物理学实验仪器和设备对高分子物质的性质进行测量和分析。
数值模拟是运用计算机技术，通过数值计算和模拟实验，对高分子物质的性质进行模拟和预测。
三、高分子物理学的重要性高分子物理学的研究对于材料科学和工程领域有重要意义。
高分子材料广泛应用于塑料、橡胶、纤维素等领域，对于改善人类生活和推动社会经济发展起到了重要作用。
高分子物理学的研究可以为高分子材料的设计、合成和应用提供理论依据和技术支持。
研究高分子物质的内部结构和性质有助于优化材料的性能，并开发出新型的高分子材料。
同时，高分子物理学的研究还可以揭示高分子物质的物理本质和行为规律，为其他学科的发展提供新的思路和方法。
四、高分子物理学的应用领域高分子物理学的研究成果在工程和科学领域得到了广泛应用。
在材料工程领域，高分子物理学的研究成果使得高分子材料的性能得到提升，如增加抗拉强度、耐磨性、耐候性等，满足不同领域的需求。
在能源领域，高分子物理学的研究有助于开发新型的高分子电池材料、储能材料等，为能源存储和转换提供解决方案。
在生物医学领域，高分子物理学的研究为生物材料的设计和制备提供了理论指导，如生物可降解材料、药物载体等。
软物质资料
意义
• 软物质物理性质的研究为高分子材料的制备与改性提供了理论指导
• 软物质物理性质的研究为生物材料、组织工程等领域的发展提供了技术支持
05
软物质的光学性质及其研
究
软物质的光学性质及其特殊性
光学性质
特殊性
• 折光率：软物质对光的折射能力
• 软物质光学性质受分子结构、温度、压力等因素影响
• 荧光性质：软物质在光照下发射荧光的能力
• 橡胶改性：利用软物质改善橡胶的弹性、耐磨性能等
• 涂料改性：利用软物质改善涂料的附着力、耐候性能等
软物质在材料回收利用中的应
用
• 材料回收利用
• 废旧塑料回收：利用软物质降解废旧塑料，实现资源再利用
• 废旧橡胶回收：利用软物质降解废旧橡胶，实现资源再利用
• 废旧涂料回收：利用软物质降解废旧涂料，实现资源再利用
• 差示扫描量热法：研究软物质的熔化热、结晶热等热力
子结构的关系
学性质
• 纳米技术：制备具有特定物理性质的软物质纳米材料
• 光学显微镜法：观察软物质在不同温度下的形态变化
软物质物理性质的应用及其意义
应用
• 橡胶、塑料等高分子材料的制备与改性
• 化妆品、涂料等产品的配方设计
• 生物材料、组织工程等领域的研究与应用
技术
• 分子模拟：通过计算机模拟研究软物质的力学性质与分子结构的关系
• 纳米技术：制备具有特定力学性质的软物质纳米材料
软物质力学性质的应用及其意义
应用
意义
• 橡胶、塑料等高分子材料的制备与改性
• 软物质力学性质的研究为高分子材料的制备与改性提供
• 化妆品、涂料等产品的配方设计
了理论指导
高分子物理知识点
高分子物理知识点高分子物理是研究聚合物分子在物理场中的行为和性质的学科。
聚合物是由一些单体分子通过化学键结合而成的巨大分子，其分子量多数达到百万或以上。
高分子物理的研究范围主要包括聚合物的物理结构、热力学性质、电学性质、机械性质、输运性质、光学性质等方面。
一、聚合物的物理结构聚合物的物理结构是指聚合物高分子链的构象状态。
聚合物高分子链的构象状态受到其化学结构、聚合反应的条件、处理温度等多种因素的影响。
根据高分子链形态的不同，可将聚合物的物理结构分为直线型、支化型和交联型。
1. 直线型聚合物物理结构直线型聚合物是高分子链结构较为简单、规则的聚合物。
它通常由一根直线型链构成，其中的结构单元重复出现，链端没有分支或交联结构。
高分子的线密度、分子量和分子结构对其物理性质有很大的影响。
2. 支化型聚合物物理结构支化型聚合物指非直线型、分子链有分支结构的聚合物。
分支结构对于聚合物的物理性质有很大的影响，由于支化结构的存在，使得聚合物高分子链的平均距离更大，聚合物的分子间距离变大，导致其性能发生变化。
支化型聚合物化学结构和分支类型的不同，会对聚合物的物理性质产生巨大的影响。
3. 交联型聚合物物理结构交联型聚合物是由互相交联的高分子链构成的聚合物。
它们通常具有三维结构，分子间有交联点连接。
交联型聚合物的物理性质比支化型聚合物更为复杂。
不同交联密度、交联桥、交联方式等会对其物理性质产生很大的影响。
二、热力学性质聚合物的热力学性质主要包括相变、热力学函数、相平衡、玻璃化转变等方面。
1. 相变相变是指物质从一个物理状态到另一个物理状态的变化。
聚合物相变通常指聚合物高分子间和高分子和外界环境间的相变。
聚合物的相变通常与聚合物的物理结构、温度和压强等相关。
2. 热力学函数热力学函数是描述物质宏观性质的基本物理量，它包括熵、焓、自由能等，具体热力学函数的选择取决于所研究的问题和体系。
3. 相平衡聚合物在不同温度和压强下处于不同的相态平衡中，可以通过研究相平衡来揭示聚合物的热力学性质。
软物质导论-简介
胶体摘要：胶体广泛存在于我们周围的世界。
许多食物中含有胶体，甚至于我们身体的组成部分也包含很多胶体粒子。
研究胶体的性质对我们的日常生活有很重要的指导意义。
本文对胶体的类型，作用力和特征进行了探讨。
胶体的种类主要包括溶胶，凝胶，粘土，泡沫和乳状液。
本文对这些不同类型的胶体也进行了阐述。
关键词：胶体；类型；作用力；特征; 稳定性ColloidsLI ChenAbstract: The world around us is full of colloids. Many foods contain colloids, even the very stuff we are made of also contains colloidal particles. It has a very important guiding significance in our daily lives to study the colloidal properties. The types, forces and characterization of colloids are investigated in this paper. The kinds of colloids mainly have sols, gels, clays, foams and emulsions. These colloids are also introduced in detail.Keywords: colloids, type, force, characterization, stability1 引言什么是胶体? 这个名词首先是由英国科学家Grabam于1861年提出的。
实质上，胶体只是物质以一定分散程度存在的一种状态，称为胶态，犹如气态、液态和固态，而不是一种特殊类型的物质。
胶体普遍存在于自然界中，它时刻与我们接触，与人类的生活有着极其密切的联系。
软物质物理学中的自组装与自聚集
软物质物理学中的自组装与自聚集随着科技的不断发展，软物质物理学科也逐渐流行起来。
软物质物理学是研究柔性材料及其性质的物理学科。
其中，自组装与自聚集是该学科的重要研究方向。
自组装与自聚集是指分子自发地通过相互吸引相聚而形成稳定的结构。
这种结构不仅在自然界中广泛存在，也在人工制造材料中被广泛应用。
本篇文章将从自组装和自聚集两个方面，对软物质物理学中的自组装与自聚集进行探讨。
一、自组装自组装是指两个或两个以上的分子在特定情况下自发地形成有序结构的过程。
该过程的驱动力来自于分子间的分散力、荷电力、氢键等相互作用。
在自组装中，分子间相互吸引而形成的结构可以是一维链状结构，也可以是二维和三维的层状结构或空间网状结构。
自组装可以用于制造纳米粒子、纳米线、纳米管、纳米膜等新型材料，这些材料在电子学、光学、生物学等领域有广泛的应用。
下面是几个自组装的例子：1.利用DNA自组装制造纳米结构。
DNA是一种双链螺旋结构的高分子，可以通过不同的氢键相互结合。
科学家可以通过设计不同的DNA序列和氢键设计，使DNA自组装成不同的纳米结构。
其中，针对纳米机器人领域的DNA自组装研究有着非常广泛的应用前景。
2.利用脂肪酸自组装制造纳米粒子。
脂肪酸是一种碳链结构的化合物，它可以通过氢键、疏水作用等力相互结合形成层状结构或空间网状结构。
通过改变脂肪酸的长度和种类及pH等条件，可以制造出不同形态和大小的纳米粒子。
这些纳米粒子可以用于制造药物载体、油剂和化妆品等。
二、自聚集自聚集是指分子在溶液中聚集成更大的颗粒或胶状物体的过程。
该过程通常由胶体颗粒之间的分散力、分子稳定力和表面张力等相互作用驱动而成。
在自聚集中，分子之间的排斥作用会驱动同性分子靠近，而相互之间的相互作用则会增强粒子间的相互吸引力，这样形成的聚集体具有结构规则、稳定性高和功能特性等优点。
下面是几个自聚集的例子：1.树形聚合物自聚集。
树形聚合物是一种分子结构呈树枝状分布的高分子，在溶液中可以自发聚集成颗粒状或网状结构。
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Soft Matter
Complex Fluid
材料：聚合物，液晶，生物大分子，胶体，表面活性物质 结构：复杂，宏观无序无周期，局部介观有序 柔性：不仅柔软，易变化，并具有弱刺激、强响应特征。
熵致相变：
由于软物质内能小而熵值大，体系的自由能变化中，有时TS 的贡献大于U 的贡献。自由能的降低不是由于内能减少，而 是由于熵的增加造成的，即有时微观无序度的增加反而有利 于宏观有序性的出现。因此体系的平衡态由熵值取最大值而 不是内能取最小值来决定，这种相变称熵致相变。
软物质：熵统治的世界
¾ 从物理的角度分析，这样的结果是由于熵的作用。 ¾ 熵是表征体系自由度（或通俗些但不大准确地说，大球、
小球可以自由活动的范围）的一个物理量。 ¾ 熵力：统计意义下的等效相互作用。
阴影部分是小球中心不能去的地方，而b，c中黑的部分为墙和大球的阴 影部分的重叠。
软物质：熵统治的世界
–Properties
第一讲 软物质概念 第二讲 高分子单链凝聚态及多链凝聚态 第三讲 液晶高分子与原位复合材料 第四讲 共聚/共混体系 第五讲 高分子的物理老化 第六讲 导电高分子
参考书
吴其晔,《高分子凝聚态物理及其 进展》, 华东理工大学出版社，
2006
内
旋柔 转性
几条主线
单个高分子 链的高弹性
¾ 温度场、力场或电场等作用会使具有传递热、电、光、 磁等信息功能的分子链发生取向而形成结构的各向异 性，同时外场也赋予这些高分子具备方向性地传输信 息的能力。由于外场可在分子尺度上控制复杂结构链 的各向异性的形成，使功能性高分子链可在纳米尺度 上取向排列而得到单分子功能器件。
高分子凝聚态物理学
Condensed Matter Physics of Polymers
高分子凝聚态物理学是以现代凝聚态物理学中的新概念、 新理论、新实验方法与高分子材料和高分子学科的特点 相结合，用以说明、理解高分子材料复杂的结构、形态、 分子运动、各种特殊的聚集状态及其相态转变，以及这 种结构、相态特点与大分子聚合物作为材料使用时所体 现出的特殊性能、功能间的关系。
高分子凝聚态物理学
1991 Nobel Prize：
交叉学科 中的典范
Pierre-Gilles de Gennes (France, 1932-2007):
theoretical description of order phenomena in
liquid crystals and polymers
1. 金属与合金的超导性（Benjamin，1966）
27
软物质：熵统治的世界
1. 小能、大熵 硬物质：大能、小熵 ΔF = ΔU－TΔS 软物质：小能、大熵 ΔF = ΔU－TΔS
2. 小影响，大效应 很少一点交联(小影响)，物性变化很大(大效应)。
28
软物质：熵统治的世界
Rubber tree and its “milk”
软物质：熵统治的世界
消防水柱只能到8层， 如何灭11层的火？
20 cm
无管虹吸原理
加 入 2%00 的 聚 氧 乙 烯 ，
水柱高度可以提高30%！！
软物质：熵统治的世界
纯晶体 固态
软物质 软有序态
纯液体 液态
提出软物质概念的意义：
¾ “软物质”概念的提出推动了物理、化学和生物学三 大传统学科间的交叉和交流。
¾ “软物质”以新的凝聚态概念深刻揭示了高分子材料与 其他凝聚态物质的差别，帮助我们从全新角度深刻体 会高分子材料的特性和内涵。研究高分子材料的软物 质特征，不仅可以利用现代凝聚态科学的研究成果丰 富高分子学科的内容，推动高分子学科发展，还有助 于高分子材料的开发和应用。
高分子链的一部分可以相对于 另一部分独立运动。
链段：高分子链中可以独立运动的 最小单元。
2. 高分子凝聚态结构特点:
●不存在气态； ●并非所有的高分子都能结晶；有结晶能力的 高分子结晶也不完善； 部分结晶高聚物由不同比例的折叠链晶片、伸 直链晶片和无序部分构成； ●在外场作用下择优取向明显； ●共混体系能具有复杂的相结构。
折叠链模型
不同方法结晶度 测定结果不能比 较
黏弹性
内部时间尺度(松弛时间)
黏性和弹性的结合，
τ =η /E
外部表现
蠕变及其回复 应力松弛 动态力学分析
力学模型 Boltzmann 叠加原理
松弛时间谱
时温等效
时温等效原理
实用意义(大大简化实验)
主曲线——位移因子
WLF 方 程 ， 链 段 运 动 特 有 的温度依赖关系，等自由 体积理论（2.5%）
改变手段(增塑、共聚、改变相对分子质量…)
测定方法(不同方法结果不能比较)
高聚 物的 晶态
不同 结晶 方式
先聚 合后 结晶
不同 结晶 条件
先结 晶后 聚合
在水面单分子层上结晶——单 链单晶
极稀溶液中结晶——单层折叠 链片晶
稀溶液中结晶——多层高聚物 片晶
浓溶液中结 晶
熔体中结晶
由片晶扭曲而 成的高聚物球 晶
美国《物理评论》(Physical Review)Ｅ分册专门报道复杂流体的研究工作。
软物质：熵统治的世界
Soft matter, soft condensed matter, complex fluid
表征物质状态的热力学状态函数自由能F中，包含有 内能U和熵S两项， 即F = U－TS，
硬物质
体系自由能由 体系的熵可以忽略
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软物质：熵统治的世界
熵致相变举例：液晶分子在熵驱动下形成规则排列
各向同性相
向列相液晶
由于液晶分子为刚性的棒状分子，因此分子热运动的熵有两 种：一是来自平移自由度的熵，另一种是取向熵。
分子杂乱排列 取向熵大，平移熵小 排斥体积大
分子平行排列 取向熵小，平移熵大 排斥体积小
当溶液浓度很低时，分子可以取所有可能方向，杂乱无章排列，液 体呈各向同性。随着浓度增加，棒状分子无规取向越来越困难，开 始倾向定向平行排列，形成向列相。这种高浓度下分子定向排列的 动力来自于排斥体积。
交联橡胶 的高弹性
热力学分析 统计理论
储能函数 应力-应变关系
高弹性特点
可逆弹性形变大 弹性模量小
熵弹性本质
模量随温度升高而变大
强度 耐热性
绝热拉伸时温度升高 定义 意义(工艺上和学科上)
玻璃化转 变
现象(体积、热力学、力学的和电磁的) 理论(等自由体积、动力学和热力学理论)
影响因素(链柔性、相互作用和空间立构)
结晶态 （不同的晶型）
粘流态
无定型态
（无气态） （玻璃态、高弹态、粘流态）
特点：几种聚 集态同时并存
高分子材料 的凝聚态
液晶态 （主链型、侧链型）
各种激发态 （电、磁、光）
共聚-共混态 （非均质态）
取向态 （一维、二维）
高分子凝聚态物理学
高分子 凝聚态 的特性
半晶态固体；分子固体 特有的高弹性、粘弹性、松弛特性 复杂的拓扑结构，缠结 复杂的形态结构，相界面
特点
1. 高分子链结构的特点
●既简单又复杂
分子形状； 溶解性；流动性；
结晶性……
形状： 线形、支化、交联；
连接方式：头-尾、头-头(尾-尾)；
构型： 全同、间同、无规立构；全顺式、全反式；
共聚： 无规、 交替、 嵌段、 接枝共聚
●长而柔； 分子量大而不均匀
Hale Waihona Puke 柔性：高分子链中有许多个可以内旋转 的 单键。
6. 高分子溶液的特点：
●粘度大； ●溶解过程是先溶胀后溶解； ●溶液的非理想性。
ΔH M ≠ 0
ΔSM
>
ΔS
i M
θ 条件
7. 高聚物熔体流变性的特点：
●粘度大； ●粘性流动非牛顿性；大多数高聚物 熔体是切力变稀型； ●熔体兼具粘性与高弹性。
第一讲 软物质概念
软物质：熵统治的世界
¾ 如果你身处一个满是蚊子的房间，你会怎 么躲？
价键作用决定， （体系为简单的、
可以量子化
高度有序体系）
采用量子 力学处理
软物质
由于柔性和复杂性， 内能变化小，
体系的熵不仅不可 自由能不可量
忽略，反而起主要 子化，且是温
作用
度的函数
分子所形成的长程 有序的周期性微结 构不是靠内能的最 小化，而是靠熵的 最大化实现的
软物质：熵统治的世界
Polymer
2. 液晶物理学（Oxford，1974）
3. 高分子物理学中的标度概念
（Cornell Univ，1985）
“当代牛顿”
软物质：熵统治的世界
Nobel基金会对de Gennes的评价：
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.
¾ 1998年的物理评论快报上发表了宾夕法尼 亚大学物理和天文系的A. D. Dinsmore, D. T. Wong, P. Nelson和A. G. Yodh合作开展 的一个有趣的实验。实验中几位科学家先 将一个直径只有0.474 μm大的“大球”放 到一个微型的梨形容器里。通过长时间多 次光学摄影的方法，我们看到这个大球在 这个容器中任何一处都可以出现（图b， 亮处为大球所处位置）。然后他们又将很 多的更小的球（半径0.042 μm）放了进去 （如图a所示）。
应力作用下结晶—高聚物串晶