《高分子物理》教學(xué)大綱

1、教學(xué)大綱課程代碼： 課程名稱：高分子物理學(xué)分： 4 周學(xué)時(shí): 4面向?qū)ο螅焊叻肿硬牧媳究粕A(yù)修課程要求：有機(jī)化學(xué)，物理化學(xué)，高分子化學(xué)教學(xué)目標(biāo)高分子物理是高分子學(xué)科的重要組成部分，是研究高分子結(jié)構(gòu)、性能及其相互關(guān)系的學(xué)科。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握高分子物理的基本知識(shí)，如鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、分子量與分子量分布、溶液性能、流變性能、力學(xué)性能等，并能從分子運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)分析和解釋結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。同時(shí)，通過雙語教學(xué)，使學(xué)生較好地掌握高分子專業(yè)英語，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和以后從事高分子學(xué)科的理論研究打下基礎(chǔ)。課程要求授課方式與要求授課方式：a. 教師采用多媒體輔助課堂教學(xué)(講授核心內(nèi)容；每次課前提問復(fù)習(xí)；

2、每章結(jié)束后根據(jù)重要概念和名稱解釋進(jìn)行提問并總結(jié)；課后布置習(xí)題并在批改完后上習(xí)題課；每章結(jié)束后根據(jù)實(shí)際科研中的例子講解基本原理的實(shí)際運(yùn)用。)；b. 讀書報(bào)告(對(duì)于內(nèi)容比較簡(jiǎn)單和容易理解的章節(jié)布置學(xué)生自學(xué)并按要求撰寫讀書報(bào)告)；c. 專題討論課(由由教師布置主題，學(xué)生分組查閱文獻(xiàn)，并撰寫PPT，派代表上臺(tái)陳述，并回答其它同學(xué)和老師的提問。)；d. 每章結(jié)束后安排一定數(shù)量同學(xué)進(jìn)行10分鐘面試，考察學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況； e. 期中、期末考試(50%英文題目，鼓勵(lì)學(xué)生用英語答題)。 課程要求：熟悉高分子物理基本概念、培養(yǎng)學(xué)生思維和表達(dá)能力及合作精神、提高專業(yè)文獻(xiàn)的閱讀能力，學(xué)會(huì)在實(shí)際生產(chǎn)和科研中運(yùn)用

3、高分子物理的基本原理。說明：(1) 對(duì)于讀書報(bào)告，要求學(xué)生手寫，而不是在網(wǎng)上進(jìn)行查閱和簡(jiǎn)單地剪切拷貝。(2) 在專題討論課中，如同學(xué)能對(duì)他人發(fā)言進(jìn)行有分量的評(píng)價(jià)和質(zhì)疑，可予以加分。同樣，對(duì)于陳述的同學(xué)，如能夠準(zhǔn)確地回答其它同學(xué)和老師的提問，也會(huì)有加分。(3) 單列的“高分子實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)中有高分子結(jié)構(gòu)表征、分子量及分子量分布的測(cè)定、性能測(cè)試等高分子物理的內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容第一章：高分子的鏈結(jié)構(gòu)本章的主要內(nèi)容如下：(1) 高分子的鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和分類(2) 高分子鏈的近程結(jié)構(gòu)(3) 高分子鏈的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)(4) 高分子鏈的構(gòu)象統(tǒng)計(jì)通過本章的學(xué)習(xí)，要求了解高分子鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成和分子構(gòu)

4、造對(duì)高分子進(jìn)行分類；掌握不同層次結(jié)構(gòu)的內(nèi)容及相互關(guān)系，了解高分子鏈中的鍵接異構(gòu)、立體異構(gòu)(旋光異構(gòu)和幾何異構(gòu))和嵌段共聚物的序列結(jié)構(gòu)；了解影響高分子柔順性的鏈結(jié)構(gòu)因素；了解幾種高分子鏈構(gòu)象模型(自由旋轉(zhuǎn)鏈，自由連接鏈，旋轉(zhuǎn)受阻鏈，等效自由連接鏈和蠕蟲狀鏈)，掌握構(gòu)型、構(gòu)象、均方末端距、均方旋轉(zhuǎn)半徑、Kuhn鏈段長(zhǎng)度、持續(xù)長(zhǎng)度等概念；掌握表征高分子鏈柔順性的幾種參數(shù)(特征比，剛性因子，無擾尺寸和Kuhn鏈段長(zhǎng)度)。第二章：高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)本章的主要內(nèi)容如下：(1) 高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容及產(chǎn)生原因(2) 高分子的結(jié)晶態(tài)結(jié)構(gòu)(3) 高分子的無定形態(tài)結(jié)構(gòu)(4) 高分子的取向態(tài)(5) 高分子的液晶態(tài)

5、(6) 多組份聚合物的結(jié)構(gòu)通過本章的學(xué)習(xí)，要求了解聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容以及高分子由于分子間作用力而堆積在一起；了解結(jié)晶度的定義及不同測(cè)量方法的原理；了解聚合物晶體的分類及聚合物鏈在晶胞中的構(gòu)象；能夠會(huì)計(jì)算晶胞密度；了解不同晶體結(jié)構(gòu)模型(纓狀微束模型、近鄰折疊模型和插線板模型)的要點(diǎn)、提出依據(jù)及缺點(diǎn)；了解各種宏觀晶體形態(tài)(單晶、球晶、伸直鏈晶體和串晶)的形成條件；了解球晶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；了解幾種無定形態(tài)結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)依據(jù)；掌握取向態(tài)發(fā)生的原因、取向的結(jié)構(gòu)單元、取向的穩(wěn)定性及取向度的測(cè)定方法；了解液晶態(tài)的結(jié)構(gòu)單元及在不同液晶結(jié)構(gòu)中的堆積方式；了解多組份聚合物的范圍、不同織態(tài)結(jié)構(gòu)及其調(diào)控方法，掌握微區(qū)

6、和基體的概念。第三章：高分子溶液本章的主要內(nèi)容如下：(1) 高分子的溶解過程(2) 高分子溶液的混合熱力學(xué)(3) 高分子溶液的相圖(4) 高分子共混物通過本章的學(xué)習(xí)，要求了解聚合物的溶解特點(diǎn)及不同聚合物(無定形聚合物、非極性結(jié)晶聚合物和極性結(jié)晶聚合物)的溶解過程；掌握溶解度參數(shù)的定義及其測(cè)量方法；掌握選取高分子溶劑的判斷方法；了解不同高分子溶液的特征；了解似晶格理論的假設(shè)，掌握Flory-Huggins參數(shù)的定義及測(cè)定方法；了解溶液的定義及各種參數(shù)(E, , A2, u, 等)在溶液時(shí)的值；掌握排斥體積的概念；掌握滲透壓同A2和分子量之間的關(guān)系；了解高分子溶液發(fā)生相分離及完全溶解的判定條件；了

7、解聚電解質(zhì)溶液和高分子濃溶液；了解增塑的機(jī)理及增塑劑的選擇；了解聚合物共混物發(fā)生相分離的條件；了解聚合物共混物在不同區(qū)域(亞穩(wěn)區(qū)和不穩(wěn)定區(qū))發(fā)生相分離的機(jī)理(旋節(jié)線分解機(jī)理和成核-生長(zhǎng)機(jī)理)及其特點(diǎn)。第四章：高分子的分子量與尺寸本章的主要內(nèi)容如下：(1) 高分子的分子量與分子量分布(2) 高分子的數(shù)均分子量的測(cè)定(3) 激光光散射法測(cè)定高分子的分子量(4) 粘度法測(cè)定高分子的分子量(5) 凝膠滲透色譜法測(cè)定高分子的分子量及其分子量分布(6) 高分子按分子量的分級(jí)通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握：高分子的分子量的特點(diǎn)；高分子分子量與高分子性能間的關(guān)系；各種平均分子量的計(jì)算及分子量分布的意義；各種測(cè)定高分

8、子分子量的方法及其原理,測(cè)定范圍及得到分子量的種類；激光光散射方法的數(shù)據(jù)處理；粘度法的數(shù)據(jù)處理；凝膠滲透色譜法的數(shù)據(jù)處理；高分子按分子量大小進(jìn)行分離的原理和實(shí)驗(yàn)方法。第五章：高分子的分子運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)變本章的主要內(nèi)容如下：(1) 粘彈性的五個(gè)區(qū)域：玻璃態(tài)、玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)、高彈態(tài)、粘流轉(zhuǎn)變區(qū)、粘流態(tài)(2) 高分子的分子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：分子運(yùn)動(dòng)的多樣性、分子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間依賴性、分子運(yùn)動(dòng)的溫度依賴性(3) 高分子熱轉(zhuǎn)變的測(cè)定方法: 膨脹計(jì)、示差掃描量熱、熱-機(jī)械分析等(4) 玻璃化轉(zhuǎn)變理論：自由體積理論（WLF方程），動(dòng)力學(xué)理論，熱力學(xué)理論(5) 影響玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的因素：化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響、分子量的影響、共聚

9、、共混和增塑的影響、結(jié)晶度的影響、外界條件的影響(6) 高分子的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)：實(shí)驗(yàn)觀察、結(jié)晶動(dòng)力學(xué)理論、球晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、結(jié)晶過程及影響因素、結(jié)晶對(duì)高聚物性能的影響 (7) PEO/PES二元共混物的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)(8) 高分子的結(jié)晶和熔融熱力學(xué)，高分子熔融溫度的影響因素通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握：高分子的三態(tài)兩區(qū)及其對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)單元；高分子的分子鏈運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)；玻璃化轉(zhuǎn)變及三個(gè)理論(特別是自由體積理論)；WLF方程；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）與高分子的分子結(jié)構(gòu)間的關(guān)系；影響玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的因素；結(jié)晶動(dòng)力學(xué)理論(Avrami方程、Hoffman結(jié)晶動(dòng)力學(xué)理論)；高分子的熔融溫度（Tm）及其與分子鏈結(jié)構(gòu)的關(guān)

10、系；測(cè)定Tg、Tm及結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的方法。第六章：橡膠彈性本章的主要內(nèi)容如下：(1) 橡膠與橡膠彈性(2) 橡膠彈性的熱力學(xué)分析(3) 橡膠彈性的統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)(4) 橡膠彈性的唯象理論(5) 橡膠彈性理論的修正(6) 實(shí)際使用的彈性體通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握橡膠與橡膠彈性的基本概念；橡膠彈性的熱力學(xué)分析、高斯統(tǒng)計(jì)理論與唯象理論；了解實(shí)際使用橡膠的重量與加工原料。能夠理解橡膠彈性的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系及其基本物理量的含義。第七章：聚合物粘彈性 本章的主要內(nèi)容如下：(1) 粘彈性現(xiàn)象(2) 描述松弛過程的力學(xué)模型(3) 分子理論(4) 波耳茲曼疊加原理(5) 時(shí)溫等效原理通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握高分子蠕變、應(yīng)

11、力松弛、動(dòng)態(tài)力學(xué)行為等動(dòng)態(tài)黏彈性現(xiàn)象；能夠根據(jù)彈簧與粘壺、Maxwell與Kelvin模型及多元件模型理解高分子的宏觀松弛特征；能夠根據(jù)RBZ理論與爬行理論理解高分子的微觀松弛特征；能夠掌握波耳茲曼疊加原理、時(shí)溫等效原理的基本含義及其在高分子松弛行為中的應(yīng)用。第八章：高分子的流變特性本章的主要內(nèi)容如下：(1) 液體流動(dòng) (2) 高分子的粘性流動(dòng)(3) 影響高分子的粘度的因素 (4) 高分子熔體的彈性效應(yīng) (5) 拉伸粘度 (6) 熔體粘度的測(cè)定方法 通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握高分子粘性流動(dòng)的特征及其與牛頓流體的區(qū)別；深刻理解高分子粘度的影響因素；了解高分子熔體的黏彈效應(yīng)的表現(xiàn)及其物理本質(zhì)；了解高分子拉伸粘度的含義；了解高分子剪切粘度與拉伸粘度的測(cè)試方法。第九章：高分子的力學(xué)行為本章的主要內(nèi)容如下：(1) 高分子的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(2) 聚合物的屈服與冷拉(3) 高分子的斷裂理論(4) 高分子的拉伸強(qiáng)度