高分子凝聚态结构及聚合物性能概述

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1、高分子凝聚态结构及聚合物性能概述主讲:朱平平zhupp@ustc.edu.cn家庭中的聚乙烯制品身边的高分子材料聚丙烯制品碳纤维复合材料由碳纤维和铝合金制成的赛车底盘法拉利F1车队橡胶园轮胎手卷钢琴HandRollPiano防水纸（最适用于制成海运标签）《时代》周刊评出的2005年最迷人的发明冲浪板（碳纤维复合材料作外壳）冲浪板（Bodyboarding，聚丙烯内核）无气轮胎(Michelin)多功能吸尘器壁虎胶带——仿生干型高分子粘合材料聚酰亚胺薄膜利用全范德华力作用原理微制造而成具有紧密排列的规整微突起结构1cm2:～3N(300g)蜘蛛人玩具:高15cm重40g覆盖0.5cm2壁虎胶

2、带AutumnK.,etal,Nature,2000,405:681-685AutumnK.,etal,Proc.Natl.Acad.Sci.,USA,2002,99:12252-12256壁虎的脚上覆盖了一层非常细小的绒毛壁虎及其脚趾的“英姿”壁虎飞檐走壁的奥秘－完全的范德华力聚酰亚胺(PI)微突起的电镜照片（单个微突起：直径0.5μm，高2μm，间隔1.6μm）单个微突起:～200nNPI胶带:1cm2～3N(300g)，200cm2～600N(60Kg)干型粘合，反复使用干型高分子粘合剂的仿生探索设计：可能获得类似于刚毛的粘合力壁虎的刚毛结构大量的规整微突起结构aba.壁虎脚单根刚

3、毛b.每根刚毛末端的细分叉玉米塑料化学结构材料性能凝聚态结构制品性能电子态结构材料功能分子运动高聚物结构与性能之间的关系:流变学凝聚态物理H.Staudinger（1953年诺贝尔化学奖）：高分子是由多价原子彼此以主价键结合而成的长链状分子长链中的结构单元数很大（102～105），一个结构单元相当于一个小分子高分子的分子量一般为（104～107）结构：物质的组成单元（原子或分子）之间在相互吸引和排斥作用达到平衡时的空间排列。高聚物：高分子的聚集体高聚物的多层次结构：链结构近程结构（一级结构，化学结构）凝聚态结构（三级结构，高分子链之间排列和堆砌而成的结构）远程结构（二级结构，柔性与刚性，形

4、态和尺寸）二级结构构象：有机化合物分子中，由于单键的旋转导致碳原子上结合的原子或基团相对位置发生改变，因而产生分子在空间的不同排列方式。3个可能的较稳定构象（反式、左旁式、右旁式)碳链高分子中C-C单键的内旋转to长链高分子，如聚乙烯分子：若全取反式构象：分子链呈锯齿形的伸展链不全取反式构象：分子链发生弯曲10000个C-C单键：310000＝1.3×104770个可能的构象取反式、左右式能量差别不大，出现的概率差别较小由于热运动，构象经常在改变高分子的构象是统计性的在室温下相邻键取什么构象的概率差别不大，由于热运动，构象不断在改变，高分子链无规弯曲，自发地呈蜷曲形态，使构象熵趋于最大。高

5、分子链柔性的实质：线形高分子链的末端距（可用无规行走模型处理）线形高分子链的局部链节h末端距h—链的两个末端之间的距离：完全伸直链：无规弯曲链（高斯链）：例如：PE：to支化高分子树形高分子螺旋形高分子链纳米树形高分子（纳米在药物输运中的应用）作为药物载体的树状高分子把树形高分子设计得只在适当的触发分子存在的情况下自动地膨胀并释放出药物使定制的树形高分子恰好在需要治疗的组织或器官内释放出其运载的药物。有许多分子凝聚在一起所形成的状态多根据分子热运动和力学性能特征来区分物体抵抗外来的变形作用的能力，有无固定的形状及体积来区分凝聚态：平均动能胜过势能时，物质处于气态。势能胜过平均动能时，物质处

6、于固态。两者势均力敌时，物质处于液态。物质三态的由来：改变温度：气态液态固态如：水蒸气水冰改变浓度：如：糖水糖浆糖块稀溶液浓溶液固体共价键键能:100-900kJ/mol范德华力作用能:0.8-21kJ/mol偶极力：13-21kJ/mol诱导力：6-13kJ/mol色散力：0.8-8kJ/mol氢键：≦40kJ/mol小分子间相互作用能<共价键键能小分子的共价键和次价键：高分子间的相互作用力非常大：高分子的特点：大其中的链单元数：102～105链单元间的相互作用力小分子间的相互作用力高分子间相互作用能》共价键键能高聚物无气态（高聚物气化所需的能量》破坏化学键所需的能量）不可能用蒸馏的方法

7、来纯化聚合物特殊的高聚物溶解过程——先溶胀后溶解单根高分子链的行为（通过对稀溶液性质进行研究来获得，而溶液中高分子链的构象、尺寸受溶剂的干扰。）许多高分子链多链的高分子物质凝聚高分子链：细而长，有柔性如何堆砌在一起形成凝聚态？链的形态？如何规整排列，形成晶态？特殊的取向结构（取向态）高聚物非晶态的基本物理图像:几十根链相互穿透在一起的多链凝聚态（分子固体中非常独特的一种分子凝聚态）假设在一根链的空间有根链相互穿透在一起：