高分子物理學(xué)

前言

　　如果把牛頓發(fā)表“自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理”的1687年作為近代科學(xué)的誕生日，僅300多年中，知識以正反饋效應(yīng)快速增長；知識產(chǎn)生更多的知識，力量導(dǎo)致更大的力量。特別是20世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)對自然界的改造特別強(qiáng)勁，發(fā)展的速度空前迅速。在科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域中，化學(xué)與人類的日常生活關(guān)系最為密切，對人類社會的發(fā)展產(chǎn)生的影響也特別巨大。從合成DDT開始的化學(xué)農(nóng)藥和從合成氨開始的化學(xué)肥料，把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)推到了前所未有的高度，以致人們把20世紀(jì)稱為“化學(xué)農(nóng)業(yè)時代”。不斷發(fā)明出的種類繁多的化學(xué)材料極大地改善了人類的生活，使材料科學(xué)成為了20世紀(jì)的一個主流科技領(lǐng)域.化學(xué)家們對在分子層次上的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和“態(tài)－態(tài)化學(xué)”、單分子化學(xué)等基元化學(xué)過程的認(rèn)識也隨著可利用的技術(shù)工具的迅速增多而快速深入?！　∫矐?yīng)看到，化學(xué)雖然創(chuàng)造了大量人類需要的新物質(zhì)，但是在許多場合中卻未有效地利用資源，而且產(chǎn)生了大量排放物造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。以至于目前有不少人把化學(xué)化工與環(huán)境污染聯(lián)系在一起?！　≡?1世紀(jì)開始之時，化學(xué)正在兩個方向上迅速發(fā)展。一是在20世紀(jì)迅速發(fā)展在慣性驅(qū)動下繼續(xù)沿各個有強(qiáng)大生命力的方向發(fā)展；二是全方位的“綠色化”，即使整個化學(xué)從“粗放型”向“集約型”轉(zhuǎn)變，既滿足人們的需求，又維持生態(tài)平衡和保護(hù)環(huán)境?！　榱嗽谝欢ǔ潭壬蠋椭x者熟悉現(xiàn)代化學(xué)一些重要領(lǐng)域的現(xiàn)狀，科學(xué)出版社組織編輯出版了這套《現(xiàn)代化學(xué)基礎(chǔ)叢書》。叢書以無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和高分子化學(xué)五個二級學(xué)科為主，介紹這些學(xué)科領(lǐng)域目前發(fā)展的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，并兼顧學(xué)科覆蓋的全面性。叢書計劃為有關(guān)的科技人員、教育工作者和高等院校研究生、高年級學(xué)生提供一套較高水平的讀物，希望能為化學(xué)在新世紀(jì)的發(fā)展起積極的推動作用。

內(nèi)容概要

　　《高分子物理學(xué)：理解其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基本概念》以系列講座的形式介紹了這一材料科學(xué)中的重要分支領(lǐng)域，主要著力于基本概念而不是實(shí)驗技術(shù)和理論方法?！陡叻肿游锢韺W(xué)：理解其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基本概念》以一個實(shí)驗科學(xué)家多年的研究視角由淺入深地對高分子物理學(xué)研究領(lǐng)域中的一些基本概念作了較為生動而詳細(xì)的介紹，內(nèi)容涵蓋從鏈構(gòu)象、高分子溶液、共混物和嵌段共聚物以及半晶態(tài)的結(jié)構(gòu)，到力學(xué)和介電響應(yīng)、導(dǎo)電高分子、微觀動力學(xué)、非線性力學(xué)以及變形屈服和斷裂等性能。高分子科學(xué)研究中常用的散射實(shí)驗（原理到應(yīng)用）也在《高分子物理學(xué)：理解其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基本概念》附錄中作了介紹?！　　陡叻肿游锢韺W(xué)：理解其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基本概念》可作為化學(xué)化工、材料科學(xué)和物理學(xué)等領(lǐng)域的本科生和研究生相關(guān)課程的教材和參考書，也可供有關(guān)領(lǐng)域的專家、學(xué)者閱讀參考。

書籍目錄

叢書序中文版序中文版序（原文）譯者前言第三版前言第一版前言第1章　鏈的組成和構(gòu)造第2章　單鏈構(gòu)象2.1　旋轉(zhuǎn)異構(gòu)態(tài)2.2　螺旋2.3　線團(tuán)2.3.1　理想鏈2.3.2　擴(kuò)張鏈2.4　持續(xù)鏈2.5　伊辛鏈第3章　高分子溶液3.1　稀溶液和亞濃溶液3.2　排除體積力的屏蔽3.3　聚電解質(zhì)溶液3.3.1　電荷的凝聚和屏蔽3.3.2　鏈伸展、鹽效應(yīng)和鏈間有序化3.3.3　滲透壓第4章　高分子共混物和嵌段共聚物4.1　高分子混合物的Flory-Huggins處理4.2　相分離機(jī)制4.3　臨界漲落和旋節(jié)線分解4.3.1　臨界散射4.3.2　分解動力學(xué)4.4　嵌段共聚物相4.4.1　層狀結(jié)構(gòu)4.4.2　預(yù)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象第5章　高分子的半晶狀態(tài)5.1　結(jié)構(gòu)的表征5.1.1　形態(tài)元素5.1.2　結(jié)構(gòu)參數(shù)5.2　結(jié)晶和熔融動力學(xué)5.3　結(jié)構(gòu)發(fā)展的定律5.4　次級結(jié)晶的機(jī)理5.4.1　插入模式5.4.2　表面結(jié)晶和熔化5.5　從取向的熔體中結(jié)晶第6章　力學(xué)和介電響應(yīng)6.1　響應(yīng)函數(shù)6.1.1　黏彈性6.1.2　取向極化6.1.3　普適關(guān)系6.2　松弛模式6.2.1　單時間松弛過程6.2.2　滯后和松弛時間譜6.3　特定松弛過程和流動行為6.3.1　局部過程6.3.2　玻璃態(tài)-橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變和熔體流動6.3.3　玻璃化轉(zhuǎn)變溫度6.3.4　部分結(jié)晶體系的松弛第7章　共軛高分子7.1　電光活性7.1.1　激發(fā)和自由電荷7.1.2　電致發(fā)光7.2　摻雜效應(yīng)7.2.1　電導(dǎo)率7.2.2　磁性和反射率第8章　微觀動力學(xué)8.1　漲落耗散定理8.2　Rouse模型8.2.1　應(yīng)力松弛8.2.2　介電正則模式8.3　高分子熔體的纏結(jié)效應(yīng)8.4　溶液黏度8.4.1　中性高分子：流體動力學(xué)作用8.4.2　聚電解質(zhì)：庫侖作用第9章　非線性力學(xué)9.1　橡膠彈性9.1.1　理想橡膠的固定連接點(diǎn)模型9.1.2　Cauchy應(yīng)變張量9.1.3　Finger本構(gòu)方程9.2　中性和電解質(zhì)凝膠的溶脹9.3　非牛頓熔體的流動9.3.1　流變學(xué)材料函數(shù)9.3.2　Lodge液體9.3.3　應(yīng)力-光學(xué)定則第10章　形變、屈服和斷裂10.1　半晶高分子的剪切形變10.1.1　臨界應(yīng)變10.1.2　拉伸應(yīng)力的組成10.1.3　成頸力學(xué)10.1.4　纖維狀的有序態(tài)10.2　銀紋10.3　脆性斷裂10.3.1　線性斷裂力學(xué)10.3.2　緩慢裂縫生長模式附錄A　散射實(shí)驗A.1　基礎(chǔ)A.1.1　基本方程A.1.2　時間分辨的散射實(shí)驗A.2　可見光、X射線和中子散射實(shí)驗中的絕對強(qiáng)度A.3　小角散射性質(zhì)A.3.1　Guinier定理A.3.2　前向散射A.4　特殊高分子體系A(chǔ).4.1　二元共混體系和嵌段高分子A.4.2　兩相層狀體系附錄B　符號集（略）附錄C　參考書籍參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第2章　單鏈構(gòu)象　　凝聚態(tài)物質(zhì)是由發(fā)生較強(qiáng)相互作用的分子構(gòu)成的，因此對于低摩爾質(zhì)量化合物本體性質(zhì)的討論從一開始就集中在分子間作用力在建立體系熱平衡中的作用上。在處理高分子體系時，遇到的情況則不同。由于每個大分子都擁有數(shù)量巨大的內(nèi)部自由度，因此對單個高分子性質(zhì)的分析就成了首要的問題。顯然，對單鏈行為的理解是處理凝聚態(tài)性能的前提，事實(shí)上，單鏈行為可以反映更多信息，對它的理解本身就是一個重大的進(jìn)步。當(dāng)然，分子間作用力可以支配許多現(xiàn)象，如高分子二元混合體系的相行為、聚電解質(zhì)溶液的結(jié)構(gòu)和高分子熔體的流動特性，但是其他一些重要現(xiàn)象，特別是黏彈性，主要是受單個高分子的動力學(xué)性質(zhì)控制。因此，介紹高分子物理首先要介紹高分子單鏈的構(gòu)象狀態(tài)，這是很自然的，也是很有必要的?！　?.1　旋轉(zhuǎn)異構(gòu)態(tài)　　以聚乙烯為例，考慮其整個空間結(jié)構(gòu)（圖2.1）。類似聚乙烯這樣的高分子鏈有很大的內(nèi)在柔性，能夠完全改變自身的構(gòu)象。一般來說，一個分子鏈的自由度數(shù)等于其原子數(shù)的三倍。為方便起見，通常將這些自由度分成兩類。第一類是考慮鍵角和鍵長的變化，這些變化在分子振動時發(fā)生，其頻率在紅外區(qū)域。這些形式的運(yùn)動能力有限，不會影響到鏈的總體形態(tài)。第二類運(yùn)動則有不同的形式，具有改變鏈形態(tài)的能力。這類運(yùn)動是指繞C-C鍵的旋轉(zhuǎn)，能夠把圖2.1中的伸直鏈轉(zhuǎn)變成線團(tuán)，也能夠?qū)崿F(xiàn)所有不同構(gòu)象態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。顯然，處理某個高分子的構(gòu)象問題時，只有后一類自由度需要考慮。因此，討論某個高分子的構(gòu)象態(tài)時首先需要分析鍵的旋轉(zhuǎn)勢能（bond rotation potentials）。

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