高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)及聚合物性能概述

1、高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)及聚合物性能概述第1頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四家庭中的聚乙烯制品 身邊的高分子材料聚丙烯制品 碳纖維復(fù)合材料 第2頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四第3頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四由碳纖維和鋁合金制成的賽車底盤法拉利F1車隊(duì)第4頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四橡膠園輪胎第5頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四手卷鋼琴Hand Roll Piano 防水紙（最適用于制成海運(yùn)標(biāo)簽）時(shí)代周刊評(píng)出的2005年最迷人的發(fā)明第6頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月

2、20日，17點(diǎn)10分，星期四沖浪板（碳纖維復(fù)合材料作外殼）沖浪板（ Bodyboarding，聚丙烯內(nèi)核 ）第7頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四第8頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四無(wú)氣輪胎(Michelin) 多功能吸塵器第9頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四 壁虎膠帶仿生干型高分子粘合材料 聚酰亞胺薄膜 利用全范德華力作用原理微制造而成 具有緊密排列的規(guī)整微突起結(jié)構(gòu) 1cm2: 3N(300g)蜘蛛人玩具:高15cm重40g覆蓋0.5cm2壁虎膠帶Autumn K.,et al, Nature,2000,405:68

3、1-685Autumn K.,et al, Proc.Natl.Acad.Sci.,USA, 2002, 99: 12252-12256第10頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四壁虎的腳上覆蓋了一層非常細(xì)小的絨毛 壁虎及其腳趾的“英姿” 壁虎飛檐走壁的奧秘完全的范德華力第11頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四聚酰亞胺(PI)微突起的電鏡照片（單個(gè)微突起：直徑0.5m，高2m，間隔1.6m）單個(gè)微突起: 200nN PI膠帶: 1cm2 3N(300g)，200cm2 600N(60Kg) 干型粘合，反復(fù)使用第12頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日

4、，17點(diǎn)10分，星期四干型高分子粘合劑的仿生探索設(shè)計(jì)： 可能獲得類似于剛毛的粘合力壁虎的剛毛結(jié)構(gòu)大量的規(guī)整微突起結(jié)構(gòu)a b a. 壁虎腳單根剛毛 b. 每根剛毛末端的細(xì)分叉第13頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四第14頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四玉米塑料第15頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四 化學(xué)結(jié)構(gòu) 材料性能凝聚態(tài)結(jié)構(gòu) 制品性能 電子態(tài)結(jié)構(gòu) 材料功能 分子運(yùn)動(dòng)高聚物結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系:流變學(xué)凝聚態(tài)物理第16頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四H.Staudinger（ 1953年諾貝爾化學(xué)

5、獎(jiǎng)）：高分子是由多價(jià)原子彼此以主價(jià)鍵結(jié)合而成的長(zhǎng)鏈狀分子長(zhǎng)鏈中的結(jié)構(gòu)單元數(shù)很大（102105），一個(gè)結(jié)構(gòu)單元相當(dāng)于一個(gè)小分子高分子的分子量一般為（104107）結(jié)構(gòu)：物質(zhì)的組成單元（原子或分子）之間在相互吸引和排斥作用達(dá)到平衡時(shí)的空間排列。高聚物：高分子的聚集體第17頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四高聚物的多層次結(jié)構(gòu)：鏈結(jié)構(gòu)近程結(jié)構(gòu)（一級(jí)結(jié)構(gòu)，化學(xué)結(jié)構(gòu)）凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)（三級(jí)結(jié)構(gòu)， 高分子鏈之間排列和堆砌而成 的結(jié)構(gòu)）遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)（二級(jí)結(jié)構(gòu)， 柔性與剛性，形態(tài)和尺寸）第18頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象：有機(jī)化合物分子中，由于單鍵的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)

6、致碳原子上結(jié)合的原子或基團(tuán)相對(duì)位置發(fā)生改變，因而產(chǎn)生分子在空間的不同排列方式。3個(gè)可能的較穩(wěn)定構(gòu)象（反式、左旁式、右旁式)碳鏈高分子中C-C單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)to第19頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四長(zhǎng)鏈高分子，如聚乙烯分子： 若全取反式構(gòu)象：分子鏈呈鋸齒形的伸展鏈 不全取反式構(gòu)象：分子鏈發(fā)生彎曲10000個(gè)C-C單鍵： 3100001.3104770個(gè)可能的構(gòu)象 取反式、左右式能量差別不大，出現(xiàn)的概率差別較小 由于熱運(yùn)動(dòng)，構(gòu)象經(jīng)常在改變 高分子的構(gòu)象是統(tǒng)計(jì)性的第20頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四在室溫下相鄰鍵取什么構(gòu)象的概率差別不大，由于熱運(yùn)動(dòng)

7、，構(gòu)象不斷在改變，高分子鏈無(wú)規(guī)彎曲，自發(fā)地呈蜷曲形態(tài)，使構(gòu)象熵趨于最大。高分子鏈柔性的實(shí)質(zhì)：第21頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四線形高分子鏈的末端距（可用無(wú)規(guī)行走模型處理）線形高分子鏈的局部鏈節(jié)h第22頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四末端距 h鏈的兩個(gè)末端之間的距離：完全伸直鏈： 無(wú)規(guī)彎曲鏈（高斯鏈） ： 例如： PE：to第23頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四支化高分子樹形高分子螺旋形高分子鏈第24頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四納米樹形高分子（納米在藥物輸運(yùn)中的應(yīng)用）作為藥物載體的樹狀

8、高分子把樹形高分子設(shè)計(jì)得只在適當(dāng)?shù)挠|發(fā)分子存在的情況下自動(dòng)地膨脹并釋放出藥物使定制的樹形高分子恰好在需要治療的組織或器官內(nèi)釋放出其運(yùn)載的藥物。第25頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四 有許多分子凝聚在一起所形成的狀態(tài) 多根據(jù)分子熱運(yùn)動(dòng)和力學(xué)性能特征來(lái)區(qū)分 物體抵抗外來(lái)的變形作用的能力，有無(wú)固定的形狀及體積來(lái)區(qū)分凝聚態(tài)：第26頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四平均動(dòng)能勝過(guò)勢(shì)能時(shí)，物質(zhì)處于氣態(tài)。勢(shì)能勝過(guò)平均動(dòng)能時(shí)，物質(zhì)處于固態(tài)。兩者勢(shì)均力敵時(shí)，物質(zhì)處于液態(tài)。物質(zhì)三態(tài)的由來(lái)：第27頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四改變溫度： 氣

9、態(tài) 液態(tài) 固態(tài) 如：水蒸氣 水 冰 改變濃度： 如：糖水 糖漿 糖塊 稀溶液 濃溶液 固體 第28頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四共價(jià)鍵鍵能:100-900kJ/mol 范德華力作用能: 0.8-21kJ/mol 偶極力：13-21kJ/mol 誘導(dǎo)力：6-13kJ/mol 色散力：0.8-8kJ/mol 氫鍵：40kJ/mol 小分子間相互作用能 鏈單元間的內(nèi)聚力, 線團(tuán)擴(kuò)張, 大,線團(tuán)對(duì)溶劑流動(dòng)的擾亂大, 值很大。第39頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四交聯(lián)高聚物的溶脹（不可能溶解）：溶脹平衡： 溶劑的擴(kuò)散力分子網(wǎng)的彈性回縮力注意： 溶脹程

10、度與溫度、溶劑以及交聯(lián)度有關(guān) 交聯(lián)度高的樣品甚至不能溶脹（強(qiáng)硬的分子網(wǎng)絡(luò)和失去柔順性的鏈，溶劑分子難以鉆入鏈單元之間。）第40頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四極稀溶液 稀溶液、亞濃溶液 濃溶液 極濃溶液 固體 (良溶劑) Cs C* Ce C+ 0.01% 0.5-10% 10 孤立線團(tuán) 鏈間相互作用 物理網(wǎng) 相互穿透高分子鏈 降溫 加非溶劑 線團(tuán)收縮鏈內(nèi)凝聚緊縮球粒 流動(dòng)態(tài)（非晶態(tài)） 單鏈凝聚態(tài) 多鏈凝聚態(tài)第41頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四極稀溶液 (良溶劑)：孤立的溶脹線團(tuán)(由于同一高分子鏈上鏈單元間的相斥作用)稀溶液： Cs (動(dòng)態(tài)

11、接觸濃度)，高分子鏈開始感受到其它鏈的相斥作用，但并沒(méi)有接觸，溶脹線團(tuán)開始收縮，尺寸減小亞濃溶液： C*(接觸濃度)，但是無(wú)法計(jì)算C* 濃溶液： Ce(分子鏈的纏結(jié)濃度)，鏈開始相互穿透，形成物理網(wǎng)，分子量的意義失去，鏈單元空間分布仍不均勻。除了溶劑的溶脹作用外，還要考慮線團(tuán)在交疊穿透時(shí)發(fā)生的屏蔽作用。極濃溶液：C+ ，高分子鏈充分相互穿透，鏈內(nèi)作用被鏈間作用完全屏蔽，呈高斯鏈形態(tài)。鏈單元空間密度達(dá)到一致，隨著濃度的增加，分子鏈相互穿透的程度逐漸增加。非晶態(tài)固體：高斯鏈。 第42頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四極稀溶液濃溶液固體高分子鏈相互穿透孤立線團(tuán)第43頁(yè)，共90

12、頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四高分子凝聚態(tài)的特點(diǎn)：高聚物具有較明顯的過(guò)冷液態(tài)玻璃態(tài)特殊的高彈態(tài)（具有高彈性）晶區(qū)與非晶區(qū)共存取向態(tài)比較特殊粘流態(tài)的粘度特別大單鏈也能形成凝聚態(tài)第44頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四玻璃態(tài)的形成原因： 分子結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性 混合物，減少結(jié)晶的 傾向 用快速冷卻的方法避 免了結(jié)晶的形成 結(jié)構(gòu)無(wú)序的液體 結(jié)構(gòu)無(wú)序的固體Tg第45頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四用快速冷卻的方法避免結(jié)晶的形成：體系冷卻速度無(wú)定形高聚物（不能結(jié)晶）SiO210-4K/s金屬合金105 K/sa-Ge, a-Si108 K/

13、s第46頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四無(wú)機(jī)玻璃：一般的冷卻速率(10-4-10-1K/s)，體系粘度大，很容易形成玻璃體金屬或合金：潑濺淬火(splat quenching, 106K/s) 熔態(tài)旋淬(melt spinning) 激光玻璃化技術(shù)(1010 1012K/s) （淬火條件非?？量蹋?聚合物：一般的工藝條件即可，玻璃化轉(zhuǎn)變是高聚物的一種普遍現(xiàn)象，玻璃化溫度Tg是高聚物的重要的特征溫度。玻璃態(tài)的形成條件： 堅(jiān)硬的固體 柔軟的彈性體Tg第47頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四聚合物具有較明顯的過(guò)冷液態(tài)玻璃態(tài)： 分子大 分子間作用力大，

14、各部分相互牽制 要使整條分子鏈很好地排入晶格，必須有足夠的動(dòng)能和時(shí)間 還要求所有鏈段相互協(xié)調(diào) 上面的條件往往難以達(dá)到，因而聚合物很容易形成過(guò)冷液態(tài)玻璃態(tài)第48頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四聚合物的玻璃態(tài)： 日常應(yīng)用的許多塑料制品，在使用條件下都或多或少存在于玻璃態(tài)下 玻璃態(tài)聚合物是一個(gè)固體 內(nèi)部的大分子鏈呈相對(duì)無(wú)規(guī)或非晶排列 遠(yuǎn)程無(wú)序，類似于液體（液相） 分子鏈呈無(wú)擾的無(wú)規(guī)線團(tuán)形態(tài)（可用無(wú)規(guī)行走模型來(lái)描述）第49頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四有機(jī)玻璃音響戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)艙罩第50頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四高度透明性

15、目前最優(yōu)良的高分子透明材料，透光率達(dá)到92，比玻璃的透光度高。機(jī)械強(qiáng)度高抗拉伸和抗沖擊的能力比普通玻璃高718倍經(jīng)過(guò)加熱和拉伸處理過(guò)的有機(jī)玻璃，韌性有顯著提高即使釘子穿透了，有機(jī)玻璃上也不產(chǎn)生裂紋被子彈擊穿后同樣不會(huì)破成碎片防彈玻璃，軍用飛機(jī)上的座艙蓋 重量輕1.18g/cm3，普通玻璃的一半，金屬鋁（屬于輕金屬）的43 易于加工能用車床進(jìn)行切削，鉆床進(jìn)行鉆孔能用丙酮、氯仿等粘結(jié)成各種形狀的器具也能用吹塑、注射、擠出等塑料成型的方法加工第51頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四 聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）: Tg=105 室溫下，堅(jiān)硬且透明 當(dāng)TTg時(shí)，開始出現(xiàn)類似橡膠

16、的高彈性 天然橡膠（順式-聚異戊二烯）: Tg= -73 室溫下，是柔軟而富有彈性的材料 而在-100時(shí)卻是像玻璃一樣硬而脆的固體 堅(jiān)硬的固體 柔軟的彈性體（玻璃態(tài)） （高彈態(tài)）Tg例如：塑料的使用上限溫度，橡膠的使用下限溫度。 第52頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四形成玻璃態(tài)的外界條件： 溫度（將熔體淬冷到玻璃化溫度以下） 外力作用速率 飛機(jī)輪胎汽車輪胎 橡膠塑料（外力作用的頻率增加,分子運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)發(fā)生變化） 時(shí)間與溫度具有等同的作用效果，可以相互轉(zhuǎn)換（時(shí)溫等效原理）第53頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四 堅(jiān)硬的固體 柔軟的彈性體 粘性液體

17、 TgTf 玻璃態(tài) 高彈態(tài) 粘流態(tài) TgTf第54頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四橡膠園輪胎 高彈性熵彈性：第55頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四把天然橡膠樹汁涂在腳上樹汁變硬人類第一雙“靴子”2500年前的一天第56頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四線形高分子鏈交聯(lián)高分子第57頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四高分子鏈的局部第58頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四無(wú)外力作用時(shí)的高分子鏈高分子鏈的柔性高聚物的高彈性受拉伸力作用時(shí)的高分子鏈第59頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5

18、月20日，17點(diǎn)10分，星期四硫化技術(shù)高分子鏈間的化學(xué)交聯(lián)“飛足”標(biāo)志，取其“迅捷”之意 1839年第60頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四獨(dú)有的熵彈性（高分子鏈構(gòu)象熵的改變）： 注意：熵在聚合物體系中扮演非常重要的角色蜷曲的高分子鏈伸直鏈蜷曲的高分子鏈拉伸力除去外力 第61頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四橡皮筋受熱時(shí)伸長(zhǎng)嗎？ 由于高分子鏈的特點(diǎn)，橡皮筋將收縮。熵彈性 第62頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四橡膠高彈性特點(diǎn)：可逆彈性形變大 最高可達(dá)1000，而金屬材料的彈性形變一般不超過(guò)1彈性模量小 約為105N/m2，

19、而一般金屬的彈性模量可達(dá)1010N/m2時(shí)間依賴性 橡膠在受到外力時(shí)，應(yīng)變是隨時(shí)間發(fā)展的，但最終趨于一個(gè)平衡值高彈模量隨溫度升高而正比地增加 而金屬材料的彈性模量隨溫度增加而減小在快速拉伸時(shí)，高彈材料的溫度升高 而金屬材料則相反第63頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四 它有穩(wěn)定的尺寸，在小形變時(shí)，其彈性響應(yīng)符合胡克定律，像個(gè)固體； 它的熱膨脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)又與液體有相同的數(shù)量級(jí)，表明高彈態(tài)時(shí)高分子間相互作用與液體的相似； 在高彈態(tài)時(shí)導(dǎo)致形變的應(yīng)力隨溫度增加而增加，又與氣體的壓強(qiáng)隨溫度升高而增加有相似性。高聚物在高彈態(tài)的力學(xué)行為是特殊的：第64頁(yè)，共90頁(yè)，2022年

20、，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四橡膠在室溫就呈現(xiàn)高彈性 在室溫是塑料的高聚物（有機(jī)玻璃）在溫度高于玻璃化溫度時(shí)出現(xiàn)類似橡膠的高彈性 一種高聚物，是塑料還是橡膠，常?？梢杂蓽囟葋?lái)決定高聚物的高彈性主要是起因于它的構(gòu)象熵的改變熵彈性第65頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四 堅(jiān)硬的固體 柔軟的彈性體 粘性液體 TgTf 玻璃態(tài) 高彈態(tài) 粘流態(tài) TgTf第66頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四結(jié)晶：高聚物結(jié)晶困難 （細(xì)長(zhǎng)而蜷曲的高分子鏈如何作規(guī)整排列？）高聚物晶態(tài)的有序程度要比小分子物質(zhì)差得多 （單晶也有鏈彎曲的部分）在非常特殊條件下高聚物才能形成單晶

21、片晶厚度 整鏈的伸直長(zhǎng)度 （高分子鏈必然在片晶內(nèi)有規(guī)地或無(wú)規(guī)地來(lái)回折疊）不能用重結(jié)晶方法來(lái)提純高聚物第67頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四小分子晶體與大分子晶體：小分子晶體結(jié)晶度100%的晶體各向異性重結(jié)晶(純化方法) 高分子晶體大多數(shù)結(jié)晶高聚物是半結(jié)晶的一般條件下，最高結(jié)晶度為7080高聚物晶體：由許多向各個(gè)方向排列的較細(xì)小的晶體組成結(jié)晶高聚物通常是各向同性的第68頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四取向現(xiàn)象： 高分子鏈結(jié)構(gòu)懸殊的不對(duì)稱性：長(zhǎng)度是寬度的幾百、幾千甚至幾萬(wàn)倍 在外力作用下，很容易沿某特定方向作占優(yōu)勢(shì)的平行排列取向 取向態(tài)是與具有一

22、定程度的一維或二維有序性相關(guān)（纖維或薄膜） 結(jié)晶態(tài)則是三維有序的 纖維材料多采用結(jié)晶高聚物（？）第69頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)艙罩安全帽第70頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四防彈玻璃第71頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四手電筒（高強(qiáng)度尼龍纖維制成的筒身）supermileage比賽冠軍（碳纖維材料的輕騎兵）第72頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四間位聚芳酰胺 第73頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四F1 賽車服第74頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，

23、17點(diǎn)10分，星期四仿生可植入裝置 這種裝置是一種粗糙的內(nèi)部繃帶看起來(lái)象是一張精致的小型裝飾桌布該裝置還有繡花圖案，模仿的是人體的腱組織的強(qiáng)度和彈性.用標(biāo)準(zhǔn)的外科聚酯手術(shù)線制成一旦被植入肌肉和骨骼之間，該裝置就永遠(yuǎn)不會(huì)移位。它作為人體細(xì)胞的一部分一起生長(zhǎng).第75頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四聚合物纖維：纖維材料抗拉模量 (GPa)抗拉強(qiáng)度(GPa)密度(g/cm3)芳香族聚酰胺1253.51.45聚對(duì)苯苯并二噻唑3264.11.58聚對(duì)苯苯并二嗡唑3605.71.58尼龍61.01.14伸直鏈聚乙烯纖維17231.0鋼2002.87.8鋁合金710.62.7第76頁(yè)

24、，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四蜘蛛絲人造蜘蛛絲生物鋼絲第77頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四蜘蛛絲的彈性與韌性為什么都好？蜘蛛絲雖細(xì)，但承受的張力可達(dá)3克重即使拉伸10倍以上也不會(huì)斷掉它的強(qiáng)度是同樣粗細(xì)的鋼絲的5倍是強(qiáng)度最大的天然高分子化合物主要成份是氨基酸組成的蛋白質(zhì)類高分子化合物由于它呈酸性而且含有殺菌物質(zhì)，故不易發(fā)霉蜘蛛絲含有吸濕的吡咯烷酮，盡管在自然界免不了遭受風(fēng)吹、雨打和日曬，卻仍然保持一定的粘著力蜘蛛網(wǎng)還具有優(yōu)美的對(duì)稱性，怎么看都是生物建筑學(xué)上的重要成果第78頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四在納米尺度上蜘

25、蛛絲結(jié)構(gòu)形同一根極細(xì)的螺旋線看上去像長(zhǎng)長(zhǎng)的浸泡過(guò)某種液體的“彈簧”當(dāng)它被拉伸時(shí)，像“彈簧”一樣會(huì)竭力返回原來(lái)的長(zhǎng)度而當(dāng)它縮短時(shí)，本身又會(huì)吸收振動(dòng)能量并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軍W妙被揭開：第79頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四蜘蛛和蠶不同，很難進(jìn)行大規(guī)模的人工飼養(yǎng)要在化工廠中造出有蛛絲特性的人造纖維，人類目前的技術(shù)與工藝均無(wú)可能采用基因工程的辦法，將蜘蛛的基因植進(jìn)入山羊細(xì)胞的DNA中，培育出了能在乳汁中分泌蜘蛛絲蛋白的新品種山羊使“生物鋼材”的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能用其組合成牢固的復(fù)合材料用于宇航和汽車工業(yè)制造外科手術(shù)縫合線和防彈背心的理想材料基因工程讓我們“種豆得瓜”了種豆得瓜能在乳汁

26、中分泌絲蛋白的新品種山羊第80頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四單根高分子鏈 凝聚態(tài)： 凝聚態(tài)：許多分子聚集在一起一個(gè)孤立的小分子不存在分子間的相互作用，當(dāng)然沒(méi)有分子凝聚態(tài)一個(gè)高分子鏈有成千上萬(wàn)個(gè)單體單元，存在鏈單元間的相互作用 單鏈凝聚態(tài)（液態(tài)、高彈態(tài)、晶態(tài)）單個(gè)高分子鏈以一種凝聚態(tài)存在是高分子特有的第81頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四單鏈試樣的制備： 極稀溶液噴霧液面擴(kuò)展冷凍萃取、冷凍干燥 第82頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四例如：?jiǎn)蝹€(gè)高分子鏈：相當(dāng)于104個(gè)單體單元體系 的凝聚態(tài)假如：密度為1g/cm3單鏈球形顆粒的半徑7.4nm單鏈高分子：納米尺度的高聚物顆粒第83頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四左：打圈鏈（分子動(dòng)力學(xué)模擬從完全伸直鏈在 300K弛豫后的線團(tuán)）右：高斯鏈（Monte Carlo模擬）第84頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)10分，星期四單根高分子鏈的拉伸行為右旋糖酐（dextran）上無(wú)規(guī)地接上幾個(gè)streptavidin（一種抗生物素蛋白）原子力掃描針尖用生物素（biotin）修飾