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高分子物理教程(第3版) 版權信息
- ISBN：9787030725820
- 條形碼：9787030725820 ; 978-7-03-072582-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
高分子物理教程(第3版) 內容簡介
本書對高分子物理學各章節內容進行了仔細梳理和重建，力求學科核心原理構架更為嚴謹簡潔，知識層次更為清晰分明，以方便讀者學習應用。全書共9章，內容包括緒論，大分子鏈結構，高分子溶液，相對分子質量及其分布測定，高分子熱力學凝聚態，高分子材料學形態與分子運動基礎，聚合物材料學性能，聚合物的熱、電和光學性能，高分子物理學新進展。在書末編錄參考文獻以及本書使用的量名稱一覽、高分子物理學重要術語解釋和高分子物理學核心圖解3個附錄，供讀者參閱。與此同時，編者精匯了各章節重要知識點約120處，經統一編號提示于書頁外側，讀者可以從當頁查詢到詳細解答。 本書可作為高等學；瘜W、化學工程與工藝、高分子科學與工程、材料科學與工程以及紡織工程等專業的本科生和研究生教材，也可供從事高分子材料生產、加工和應用領域的專業技術人員參考。
高分子物理教程(第3版) 目錄
目錄
第三版前言
第二版前言
**版前言
第1章 緒論 1
1.1 高分子物理學概論 1
1.1.1 聚合物的結構特點 1
1.1.2 聚合物的物性特點 3
1.1.3 結構與性能相關性原理 4
1.2 高分子物理學簡史及其學術地位 4
1.3 學科要點與學習方法 7
習題 9
第2章 分子鏈結構 10
2.1 分子鏈近程結構 10
2.1.1 結構單元化學組成與連接方式 10
2.1.2 結構異構 12
2.1.3 立體異構 13
2.2 分子鏈遠程結構 15
2.2.1 相對分子質量及其分布 15
2.2.2 共聚物的序列結構 16
2.2.3 分子鏈的末端基 19
2.3 分子鏈的構象與構象統計 19
2.3.1 鍵的內旋轉運動 20
2.3.2 分子鏈的構象統計 20
2.4 分子鏈的結構參數 23
2.4.1 分子鏈常見的結構參數 24
2.4.2 幾種分子鏈模型的結構參數 25
2.4.3 均方半徑 232
2.5 分子鏈的柔性 32
2.5.1 分子鏈柔性的表征 32
2.5.2 分子鏈柔性的影響因素 35
2.5.3 外力作用下的分子鏈柔性 38
2.5.4 分子鏈結構參數的測定與計算 39
本章要點 39
習題 40
第3章 高分子溶液 42
3.1 分子間力、內聚能與溶度參數 43
3.1.1 分子間力 43
3.1.2 內聚能與溶度參數 45
3.2 聚合物的溶解過程 47
3.2.1 非晶態聚合物的溶解 47
3.2.2 晶態聚合物的溶解 48
3.3 高分子溶液熱力學 49
3.3.1 理想溶液與高分子溶液 49
3.3.2 Flory-Huggins溶液理論 50
3.3.3 Flory-Krigbaum稀溶液理論 58
3.3.4 聚合物溶液的熱力學條件 60
3.4 臨界溶解條件與相平衡 63
3.4.1 臨界共溶熱力學參數 64
3.4.2 相平衡與相分離 65
3.4.3 溫度與熵參數的測定 66
3.5 聚合物濃溶液 67
3.5.1 類型與特點 67
3.5.2 增塑與共混 67
3.5.3 涂料、膠黏劑和纖維紡絲液 70
3.5.4 聚合物凝膠和溶膠 71
3.5.5 聚電解質溶液 72
3.6 溶劑選擇原則 73
本章要點 81
習題 81
第4章 相對分子質量及其分布測定 83
4.1 數均相對分子質量的測定 83
4.1.1 端基分析法 83
4.1.2 沸點升高與冰點降低法 84
4.1.3 滲透壓法 84
4.2 光散射法測定重均相對分子質量 88
4.3 黏均相對分子質量的測定 90
4.3.1 基本原理 90
4.3.2 儀器與操作 90
4.3.3 結果處理 91
4.3.4 注意要點 94
4.3.5 分子鏈在不同溶劑中的形態 95
4.4 聚合物相對分子質量分布測定 96
4.4.1 研究相對分子質量分布的意義和方法 96
4.4.2 沉淀分級方法 97
4.4.3 柱上溶解分級 98
4.4.4 柱上梯度淋洗分級 99
4.4.5 超速離心沉降分級 100
4.4.6 凝膠滲透色譜分級 101
本章要點 105
習題 105
第5章 高分子熱力學凝聚態 107
5.1 聚合物結構模型 108
5.1.1 非晶態結構模型 108
5.1.2 晶態結構模型 110
5.1.3 聚合物非晶態結構概論 112
5.2 聚合物結晶能力 113
5.2.1 分子鏈結構與結晶能力 113
5.2.2 分子鏈柔性與結晶能力 115
5.3 結晶形態與結構 116
5.3.1 結晶形態 116
5.3.2 晶體結構參數 120
5.4 高分子結晶過程 124
5.4.1 誘導結晶方法 125
5.4.2 結晶速率 126
5.5 晶態聚合物的熔融與熔點 134
5.5.1 結構性內因對熔點的影響 136
5.5.2 環境外因對熔點的影響 143
5.5.3 聚合物熔點的測定 145
5.5.4 晶態聚合物的熱處理 145
5.6 聚合物取向態結構 146
5.6.1 取向態聚合物的取向類型 146
5.6.2 取向態聚合物的結構層次 147
5.6.3 取向機理和特點 147
5.6.4 聚合物的取向度 147
5.7 聚合物液晶態結構 148
5.7.1 液晶分類及其結構特點 148
5.7.2 聚合物液晶的流變性 149
5.8 聚合物多組分結構 150
5.8.1 聚合物共混相容性 150
5.8.2 多組分聚合物的類型 151
5.8.3 高分子合金結構 151
5.8.4 聚合物-填充劑結構 152
5.8.5 聚合物-發泡劑體系結構 152
5.9 晶態聚合物現代研究方法 152
本章要點 154
習題 156
第6章 高分子材料學形態與分子運動基礎 158
6.1 聚合物分子運動特點 158
6.1.1 運動主體和運動形式多樣性 158
6.1.2 運動過程的時間依賴性 159
6.1.3 運動過程的溫度依賴性 161
6.2 聚合物材料學形態轉變 162
6.2.1 非晶態聚合物 162
6.2.2 晶態聚合物 164
6.2.3 交聯聚合物 164
6.3 玻璃態與玻璃化轉變 165
6.3.1 玻璃態聚合物的性狀特點 165
6.3.2 玻璃化轉變理論 167
6.3.3 玻璃化溫度的影響因素 172
6.3.4 玻璃化溫度的測定 178
6.3.5 玻璃化溫度與熔點 180
6.3.6 次級轉變與物理老化 181
6.4 橡膠態與高彈性 183
6.4.1 橡膠態聚合物的特殊性能 183
6.4.2 橡膠態的分子運動基礎與熱力學分析 184
6.4.3 高彈形變的統計學理論（參考閱讀材料） 186
6.4.4 橡膠的拉伸強度 189
6.4.5 熱塑性彈性 190
6.4.6 高彈性聚合物的基本條件與性能改善 191
6.5 黏流態與流變學理論 193
6.5.1 黏性流動與流體 193
6.5.2 黏流溫度的影響因素 198
6.5.3 熔體黏度的影響因素 199
6.5.4 熔體表觀黏度的測定 205
6.5.5 聚合物的拉伸黏度 205
6.5.6 聚合物熔體的彈性行為 207
6.5.7 有關Tg、Tf和Tm的主要影響因素小結 210
本章要點 211
習題 212
第7章 聚合物材料學性能 214
7.1 材料性能表征與量度 214
7.1.1 應力與應變 214
7.1.2 材料學主要性能指標 215
7.1.3 聚合物材料學類別 217
7.2 聚合物的強度 218
7.2.1 聚合物的理論強度 218
7.2.2 聚合物實際強度的影響因素 219
7.3 聚合物的黏彈特性 222
7.3.1 蠕變與應力松弛 222
7.3.2 彈性滯后與力學損耗 225
7.3.3 線性黏彈理論 226
7.3.4 時溫等效原理與時溫轉換 228
7.3.5 聚合物黏彈性的研究方法 229
7.4 拉伸與強迫高彈性 230
7.4.1 單軸拉伸應力分析與斷裂行為 230
7.4.2 屈服與塑性形變 232
7.4.3 冷拉與強迫高彈性 233
7.4.4 聚合物的脆化 236
7.4.5 非均勻屈服 237
7.4.6 聚合物的取向 237
7.5 聚合物的其他力學性能 238
7.5.1 動態力學性能 238
7.5.2 環境應力開裂 239
7.5.3 沖擊韌性 241
7.5.4 疲勞與壽命 242
7.5.5 形態記憶特性 242
本章要點 242
習題 243
第8章 聚合物的熱、電和光學性能 244
8.1 聚合物的熱學性能 244
8.1.1 聚合物的耐熱性 244
8.1.2 聚合物的熱穩定性 245
8.1.3 聚合物的導熱性 247
8.1.4 聚合物的熱膨脹 248
8.2 聚合物的電學性能 249
8.2.1 絕緣性能 249
8.2.2 介電性能 251
8.2.3 聚合物的擊穿 255
8.2.4 聚合物的靜電現象 257
8.3 聚合物的光學性能 259
8.3.1 聚合物對光的折射和雙折射 259
8.3.2 聚合物的光反射 262
8.3.3 聚合物的光吸收與透射 263
8.3.4 聚合物的光電轉換 264
本章要點 265
習題 265
第9章 高分子物理學新進展 266
9.1 中國高分子物理40年研究進展 266
9.1.1 單鏈凝聚態的概念創新 266
9.1.2 理論研究進展 267
9.1.3 技術創新 269
9.2 各種分子鏈結構模型概述 272
9.2.1 標度概念與標度定律 272
9.2.2 蠕蟲狀鏈模型 272
9.2.3 黏流態分子鏈的蛇行管道模型與多元件模型 273
9.2.4 高彈態分子鏈的虛擬網絡模型和結點約束網絡模型 273
9.2.5 理想分子鏈末端距的概率分布函數簡介 274
9.3 聚合物相態轉變過程的亞穩態 275
9.4 聚合物表面與界面 276
9.5 聚合物納米材料 277
9.6 電活性聚合物合成新方法及其特殊性能 279
9.7 聚合物分析與研究方法進展 279
9.7.1 紅外吸收光譜 280
9.7.2 X射線衍射 280
9.7.3 激光散射 281
9.7.4 質譜與基質輔助激光解吸電離-飛行時間質譜 281
9.7.5 原子力顯微鏡 284
9.7.6 冷凍電子顯微鏡技術 287
參考文獻 290
附錄 291
附錄1 本書使用的量名稱一覽 291
附錄2 高分子物理學重要術語解釋 291
附錄3 高分子物理學核心圖解 296
第三版前言
第二版前言
**版前言
第1章 緒論 1
1.1 高分子物理學概論 1
1.1.1 聚合物的結構特點 1
1.1.2 聚合物的物性特點 3
1.1.3 結構與性能相關性原理 4
1.2 高分子物理學簡史及其學術地位 4
1.3 學科要點與學習方法 7
習題 9
第2章 分子鏈結構 10
2.1 分子鏈近程結構 10
2.1.1 結構單元化學組成與連接方式 10
2.1.2 結構異構 12
2.1.3 立體異構 13
2.2 分子鏈遠程結構 15
2.2.1 相對分子質量及其分布 15
2.2.2 共聚物的序列結構 16
2.2.3 分子鏈的末端基 19
2.3 分子鏈的構象與構象統計 19
2.3.1 鍵的內旋轉運動 20
2.3.2 分子鏈的構象統計 20
2.4 分子鏈的結構參數 23
2.4.1 分子鏈常見的結構參數 24
2.4.2 幾種分子鏈模型的結構參數 25
2.4.3 均方半徑 232
2.5 分子鏈的柔性 32
2.5.1 分子鏈柔性的表征 32
2.5.2 分子鏈柔性的影響因素 35
2.5.3 外力作用下的分子鏈柔性 38
2.5.4 分子鏈結構參數的測定與計算 39
本章要點 39
習題 40
第3章 高分子溶液 42
3.1 分子間力、內聚能與溶度參數 43
3.1.1 分子間力 43
3.1.2 內聚能與溶度參數 45
3.2 聚合物的溶解過程 47
3.2.1 非晶態聚合物的溶解 47
3.2.2 晶態聚合物的溶解 48
3.3 高分子溶液熱力學 49
3.3.1 理想溶液與高分子溶液 49
3.3.2 Flory-Huggins溶液理論 50
3.3.3 Flory-Krigbaum稀溶液理論 58
3.3.4 聚合物溶液的熱力學條件 60
3.4 臨界溶解條件與相平衡 63
3.4.1 臨界共溶熱力學參數 64
3.4.2 相平衡與相分離 65
3.4.3 溫度與熵參數的測定 66
3.5 聚合物濃溶液 67
3.5.1 類型與特點 67
3.5.2 增塑與共混 67
3.5.3 涂料、膠黏劑和纖維紡絲液 70
3.5.4 聚合物凝膠和溶膠 71
3.5.5 聚電解質溶液 72
3.6 溶劑選擇原則 73
本章要點 81
習題 81
第4章 相對分子質量及其分布測定 83
4.1 數均相對分子質量的測定 83
4.1.1 端基分析法 83
4.1.2 沸點升高與冰點降低法 84
4.1.3 滲透壓法 84
4.2 光散射法測定重均相對分子質量 88
4.3 黏均相對分子質量的測定 90
4.3.1 基本原理 90
4.3.2 儀器與操作 90
4.3.3 結果處理 91
4.3.4 注意要點 94
4.3.5 分子鏈在不同溶劑中的形態 95
4.4 聚合物相對分子質量分布測定 96
4.4.1 研究相對分子質量分布的意義和方法 96
4.4.2 沉淀分級方法 97
4.4.3 柱上溶解分級 98
4.4.4 柱上梯度淋洗分級 99
4.4.5 超速離心沉降分級 100
4.4.6 凝膠滲透色譜分級 101
本章要點 105
習題 105
第5章 高分子熱力學凝聚態 107
5.1 聚合物結構模型 108
5.1.1 非晶態結構模型 108
5.1.2 晶態結構模型 110
5.1.3 聚合物非晶態結構概論 112
5.2 聚合物結晶能力 113
5.2.1 分子鏈結構與結晶能力 113
5.2.2 分子鏈柔性與結晶能力 115
5.3 結晶形態與結構 116
5.3.1 結晶形態 116
5.3.2 晶體結構參數 120
5.4 高分子結晶過程 124
5.4.1 誘導結晶方法 125
5.4.2 結晶速率 126
5.5 晶態聚合物的熔融與熔點 134
5.5.1 結構性內因對熔點的影響 136
5.5.2 環境外因對熔點的影響 143
5.5.3 聚合物熔點的測定 145
5.5.4 晶態聚合物的熱處理 145
5.6 聚合物取向態結構 146
5.6.1 取向態聚合物的取向類型 146
5.6.2 取向態聚合物的結構層次 147
5.6.3 取向機理和特點 147
5.6.4 聚合物的取向度 147
5.7 聚合物液晶態結構 148
5.7.1 液晶分類及其結構特點 148
5.7.2 聚合物液晶的流變性 149
5.8 聚合物多組分結構 150
5.8.1 聚合物共混相容性 150
5.8.2 多組分聚合物的類型 151
5.8.3 高分子合金結構 151
5.8.4 聚合物-填充劑結構 152
5.8.5 聚合物-發泡劑體系結構 152
5.9 晶態聚合物現代研究方法 152
本章要點 154
習題 156
第6章 高分子材料學形態與分子運動基礎 158
6.1 聚合物分子運動特點 158
6.1.1 運動主體和運動形式多樣性 158
6.1.2 運動過程的時間依賴性 159
6.1.3 運動過程的溫度依賴性 161
6.2 聚合物材料學形態轉變 162
6.2.1 非晶態聚合物 162
6.2.2 晶態聚合物 164
6.2.3 交聯聚合物 164
6.3 玻璃態與玻璃化轉變 165
6.3.1 玻璃態聚合物的性狀特點 165
6.3.2 玻璃化轉變理論 167
6.3.3 玻璃化溫度的影響因素 172
6.3.4 玻璃化溫度的測定 178
6.3.5 玻璃化溫度與熔點 180
6.3.6 次級轉變與物理老化 181
6.4 橡膠態與高彈性 183
6.4.1 橡膠態聚合物的特殊性能 183
6.4.2 橡膠態的分子運動基礎與熱力學分析 184
6.4.3 高彈形變的統計學理論（參考閱讀材料） 186
6.4.4 橡膠的拉伸強度 189
6.4.5 熱塑性彈性 190
6.4.6 高彈性聚合物的基本條件與性能改善 191
6.5 黏流態與流變學理論 193
6.5.1 黏性流動與流體 193
6.5.2 黏流溫度的影響因素 198
6.5.3 熔體黏度的影響因素 199
6.5.4 熔體表觀黏度的測定 205
6.5.5 聚合物的拉伸黏度 205
6.5.6 聚合物熔體的彈性行為 207
6.5.7 有關Tg、Tf和Tm的主要影響因素小結 210
本章要點 211
習題 212
第7章 聚合物材料學性能 214
7.1 材料性能表征與量度 214
7.1.1 應力與應變 214
7.1.2 材料學主要性能指標 215
7.1.3 聚合物材料學類別 217
7.2 聚合物的強度 218
7.2.1 聚合物的理論強度 218
7.2.2 聚合物實際強度的影響因素 219
7.3 聚合物的黏彈特性 222
7.3.1 蠕變與應力松弛 222
7.3.2 彈性滯后與力學損耗 225
7.3.3 線性黏彈理論 226
7.3.4 時溫等效原理與時溫轉換 228
7.3.5 聚合物黏彈性的研究方法 229
7.4 拉伸與強迫高彈性 230
7.4.1 單軸拉伸應力分析與斷裂行為 230
7.4.2 屈服與塑性形變 232
7.4.3 冷拉與強迫高彈性 233
7.4.4 聚合物的脆化 236
7.4.5 非均勻屈服 237
7.4.6 聚合物的取向 237
7.5 聚合物的其他力學性能 238
7.5.1 動態力學性能 238
7.5.2 環境應力開裂 239
7.5.3 沖擊韌性 241
7.5.4 疲勞與壽命 242
7.5.5 形態記憶特性 242
本章要點 242
習題 243
第8章 聚合物的熱、電和光學性能 244
8.1 聚合物的熱學性能 244
8.1.1 聚合物的耐熱性 244
8.1.2 聚合物的熱穩定性 245
8.1.3 聚合物的導熱性 247
8.1.4 聚合物的熱膨脹 248
8.2 聚合物的電學性能 249
8.2.1 絕緣性能 249
8.2.2 介電性能 251
8.2.3 聚合物的擊穿 255
8.2.4 聚合物的靜電現象 257
8.3 聚合物的光學性能 259
8.3.1 聚合物對光的折射和雙折射 259
8.3.2 聚合物的光反射 262
8.3.3 聚合物的光吸收與透射 263
8.3.4 聚合物的光電轉換 264
本章要點 265
習題 265
第9章 高分子物理學新進展 266
9.1 中國高分子物理40年研究進展 266
9.1.1 單鏈凝聚態的概念創新 266
9.1.2 理論研究進展 267
9.1.3 技術創新 269
9.2 各種分子鏈結構模型概述 272
9.2.1 標度概念與標度定律 272
9.2.2 蠕蟲狀鏈模型 272
9.2.3 黏流態分子鏈的蛇行管道模型與多元件模型 273
9.2.4 高彈態分子鏈的虛擬網絡模型和結點約束網絡模型 273
9.2.5 理想分子鏈末端距的概率分布函數簡介 274
9.3 聚合物相態轉變過程的亞穩態 275
9.4 聚合物表面與界面 276
9.5 聚合物納米材料 277
9.6 電活性聚合物合成新方法及其特殊性能 279
9.7 聚合物分析與研究方法進展 279
9.7.1 紅外吸收光譜 280
9.7.2 X射線衍射 280
9.7.3 激光散射 281
9.7.4 質譜與基質輔助激光解吸電離-飛行時間質譜 281
9.7.5 原子力顯微鏡 284
9.7.6 冷凍電子顯微鏡技術 287
參考文獻 290
附錄 291
附錄1 本書使用的量名稱一覽 291
附錄2 高分子物理學重要術語解釋 291
附錄3 高分子物理學核心圖解 296
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高分子物理教程(第3版) 節選
第1章緒論 高分子物理學是研究高分子化合物（聚合物）的化學組成和物理結構與其物理學和材料學性能之間相關性原理的科學。聚合物的結構是高分子物理學的核心研究內容，其物理和材料學性能則是其特殊結構的宏觀表現，這條以結構為本質原因解釋材料性能的主線將貫穿高分子物理學的全部內容。 物質內部微觀分子運動形式是材料宏觀存在形態及其性能的基礎。因此，研究聚合物宏觀結構和性能的重要目的在于了解聚合物的分子運動規律，同時建立其分子運動-結構-性能三者之間的相關性聯系。由此可見，高分子物理學的內容主要包括結構、分子運動規律以及材料性能三大部分。 1.1高分子物理學概論 1.1.1聚合物的結構特點 高分子化合物是指由眾多原子或原子團主要以共價鍵結合而成的相對分子質量在10000以上、化學組成相對簡單、分子結構有規律、分子形態多種多樣的一大類特殊化合物。 1.相對分子質量很大 雖然高分子化合物的相對分子質量至少10000，甚至高達百萬、千萬，但是其巨大的分子都是由眾多組成和結構完全相同的“結構單元”組成，而每個結構單元或者由其構成的“鏈段”均可視為或等效于1個小分子。表1-1列出一般低分子、中分子和高分子有機物的相對分子質量范圍與分子尺寸的比較。 2.結構層次多樣 一般而言，低分子物質的結構通常包括微觀分子結構和宏觀相態（氣態、液態和固態等）兩個結構層次。而一般高分子化合物除分子鏈結構和凝聚態結構兩個層次之外，還包含組成分子鏈的“結構單元”這個特殊的近程結構層次。 雖然一些高分子物理學教科書仍然將聚合物結構粗略地分為一級結構（分子鏈結構）和二級結構（凝聚態結構）兩個層次，但是多數學者傾向于將聚合物結構劃分為近程結構（結構單元）、遠程結構（分子鏈）和凝聚態結構3個結構層次，如圖1-1所示。 1）近程結構 近程結構是指構成分子鏈的結構單元的化學組成與物理結構。近程結構（結構單元）不僅是決定聚合物遠程結構和凝聚態結構的重要因素，也是決定聚合物材料物理力學性能*根本的物質基礎。例如，聚苯乙烯和聚乙烯是由兩種完全不同的結構單元構成的聚合物，因此它們的分子鏈結構和凝聚態結構完全不同，兩者性能的差異相當明顯。 2）遠程結構 遠程結構是指由數目眾多的結構單元構成的分子鏈的長短及其空間形態與結構。例如，直鏈大分子與支鏈大分子的空間形態有所不同；柔性的“無規線團狀”分子鏈與剛性的“棒狀”或“鋸齒狀”分子鏈的空間形態迥異；聚丙烯分子鏈的鋸齒形結構與聚苯乙烯分子鏈的螺旋狀結構就存在很大差異。如此不同的分子鏈結構自然對聚合物材料的凝聚態結構和性能產生巨大影響。 3）凝聚態結構 凝聚態結構是指從化學熱力學角度界定聚合物的微觀結構類型。非晶態和晶態結構是合成聚合物*常見、*重要、在一般使用條件下表現出的凝聚態結構類型，而液晶態結構、取向態結構和多組分結構則是某些特殊種類聚合物或者在特定應力或助劑存在條件下所表現出的凝聚態結構類型。 再從材料力學角度考察，玻璃態、橡膠態和黏流態則是合成高分子材料在不同環境（溫度和外力）條件下所表現出的不同形態和結構。 3.分子間力遠強于低分子物質 組成分子鏈的眾多結構單元之間的范德華力具有加和性，所以聚合物分子鏈之間的作用力遠強于其低分子同系物。這就是一般合成聚合物不存在氣態，其物理與材料學性能遠高于其低分子同系物的本質原因。 與一般低分子物質的凝聚態結構包括氣、液、固和等離子4種相態有所不同，高分子化合物均不存在氣態，通常以非晶態、結晶態、液晶態、取向態和多組分中的一種或多種混合凝聚態結構形式存在。 如前所述，聚合物分子鏈是由眾多化學組成和結構完全相同的一種或兩三種結構單元構成，而包含若干個結構單元、可以獨立運動的“鏈段”在分子運動過程中常等效于小分子。 4.微觀結構普遍表現非均勻性 首先，如高分子化學所講述的，高分子化合物是由相對分子質量不等的同系物分子鏈組成的混合物，顯示其微觀分子大小尺寸存在不均勻性。不僅如此，在分子鏈內部結構單元之間的連接順序、空間構型、支化程度與部位、交聯程度與部位，以及共聚物組成分布及其序列結構等許多方面都存在或多或少的不均勻性。 在5.2節中將詳細講述晶態聚合物結晶形態和分布的不均勻性，以及5.8節中將講述多組分聚合物體系內存在宏觀結構均勻而微觀結構不均勻的特點，多方面顯示聚合物微觀結構的非均勻性是普遍存在的現象。 5.結構和性能與環境強烈相關 聚合物材料的結構和性能首先取決于結構單元、分子鏈和凝聚態3個層次結構的內因。同時還必須充分考慮分子鏈之間作用力強大、運動過程緩慢而滯后等因素，致使聚合物的凝聚態轉變過程和結果，以及材料的物理和材料學性能等均受這種轉變過程的快慢和環境因素（如溫度、壓力）等外因影響。相比之下，一般低分子物質的凝聚態轉變過程幾乎是瞬間完成的，其結構和性能受環境因素的影響相對小得多。 1.1.2聚合物的物性特點 材料的性能主要包括化學性能、物理性能、材料學性能和生物學性能等。不過，聚合物的化學性能屬于高分子化學的研究范疇，生物學性能則屬于新興交叉學科生物醫學工程材料的研究領域。由此可見，高分子物理學重點關注的是聚合物材料的物理性能與材料學性能。 聚合物的物理性能主要包括與不同凝聚態結構相關聯的各種特征性溫度，如玻璃化溫度、黏流溫度、熔點或軟化點；與組成分子鏈結構單元的化學組成和結構直接相關的結晶能力、結晶速率和結晶度、極性和溶解性能；以及材料的熱行為、電學和光學性能等。 聚合物的材料學性能則主要包括材料的強度和模量、彈性與黏彈性、蠕變與應力松弛、屈服與塑性、疲勞、抗沖擊性能和動態力學性能，以及材料在各種加工和使用條件下所表現出的其他特殊行為和現象等。 概而論之，合成高聚物具有明顯不同于普通金屬、非金屬和低分子有機物的特殊物理性能與材料學性能，集中表現為具有高彈性、黏彈性、應力松弛以及良好的成膜與成纖特性等多方面。 1.1.3結構與性能相關性原理 決定聚合物性能的關鍵因素包括結構內因和環境外因兩個方面。按照唯物主義原理，內因即聚合物3個層次的結構是決定其性能*重要且關鍵的因素，而外因則是在一定條件下、一定程度內影響聚合物性能的重要因素。因此，在學習高分子物理學的過程中，必須始終遵循這個原則，理解和掌握各類聚合物結構與性能的相關性。 首先，分子鏈結構是決定聚合物凝聚態結構和性能的首要因素。組成聚合物分子鏈的結構單元和分子鏈結構是決定聚合物性能*基本、*重要的結構層次和影響因素。例如，聚合物的相對密度、極性和溶解性能、溶液和熔體的黏度、非晶態聚合物的玻璃化溫度以及晶態聚合物的熔點等，很大程度上取決于聚合物的不同分子鏈化學結構。 其次，凝聚態結構對聚合物的性能有重大影響。凝聚態結構對聚合物的物理性能，尤其是材料力學性能產生重要影響。其實驗證據之一是：分別處于非晶態和結晶態的同一種聚合物的物理性能和材料學性能總是存在巨大差異。 再次，環境因素是影響聚合物凝聚態和物理力學性能的重要外因。聚合物在加工、測試和使用過程中的環境因素，如溫度、外力作用速率和溶劑等條件，均對聚合物結構和性能產生相當大的影響。例如，同種聚合物可能在低溫、中溫和高溫條件下分別表現出塑料、橡膠和黏稠熔融體的特性。 由此可見，在理解和解釋各類聚合物的結構和性能特點時，必須始終堅持在分子鏈結構、凝聚態結構和外界條件這3個層次進行合理的表述。 *后，對高分子物理學涉及的“化學結構”與“物理結構”做出明確界定。雖然存在一定爭議和尚待明確之處，不過目前學界普遍認同Elias提出的界定原則，即除非通過化學鍵斷裂并生成新的化學鍵才能產生改變的分子結構定義為化學結構，而將分子鏈內、鏈間或某些基團與大分子間的形態學差異定義為物理結構。按照該原則，聚合物結構中所包括的結構單元的化學組成及其空間構型應屬于化學結構，而分子鏈的構象、聚合物加工過程中的取向和結晶等則屬于物理結構的范疇。 1.2高分子物理學簡史及其學術地位 高分子物理學伴隨著高分子化學的誕生和發展，至今已近百年。20世紀20～40年代是高分子物理學建立和蓬勃發展的初期，在此期間*具歷史意義的學科成果主要包括： 德國學者Staudinger于20世紀20年代發表劃時代論著《論聚合》，提出異戊二烯構成橡膠、葡萄糖構成淀粉和纖維素以及氨基酸構成蛋白質等，均是以共價鍵實現彼此連接，以此構建高分子科學的核心。他隨后建立了聚合物溶液黏度與相對分子質量之間的關系式，創建聚合物相對分子質量的測定方法。他被公認為高分子科學的始祖，因此而獲得1953年諾貝爾化學獎。 在此期間，Ostwald和Svedberg將溶液擴散、沉降、黏度和濁度等物理化學性能測定方法應用于聚合物溶液，從而建立高分子溶液定量研究的基礎。Laue、Bragg和Debye等將X射線衍射原理用于聚合物凝聚態結構研究。Kuhn、Guth和Mark等將統計學原理應用于聚合物分子鏈的構象統計，從而創立了橡膠態聚合物的高彈性理論。Svedberg將超離心技術發展為聚合物相對分子質量及其分布測定的新方法。 1942年，Flory和Huggins采用晶格模型建立了聚合物溶液的熱力學理論，從而使聚合物稀溶液滲透壓和黏度等的依數性原理獲得理論支持。1949年，Flory和Fox將化學熱力學與流體力學聯系起來，從而建立聚合物溶液的黏度、擴散和沉降等宏觀性質與微觀結構的聯系。其后，Tobolsky、Williams和Landel等在聚合物黏彈特性、凝聚態轉變和應力松弛行為等方面的研究也取得重要成果。 20世紀50年代以來，紅外光譜、旋光色散、核磁共振波譜、差示掃描量熱分析、電鏡成像、光電子能譜和密度梯度等分析方法逐漸成為聚合物微觀結構與宏觀性能研究的重要手段，標志著現代高分子物理學基本形成。 需要特別強調的是，美國斯坦福大學著名學者Flory在近半個世紀的時間里對高分子科學，尤其是高分子物理學做出了范圍廣泛、具有開創意義的一系列重大貢獻，其中主要包括：橡膠態聚合物的彈性理論、高分子溶液熱力學理論、非晶態聚合物本體構象理論和高分子液晶態理論等。 事實上，Flory取得的上述每項研究成果都涵蓋一個范圍廣闊的研究領域。例如，他于20世紀40年代建立晶格模型理論并推導出高分子溶液的混合熵、混合熱和混合自由能，從而創立高分子溶液理論；他同時研究排斥體積效應，提出.溫度的概念，明確了聚合物分子與溶劑分子間的相互作用，提出“無擾鏈分子尺寸”概念。20世紀60年代，他利用聚合物稀溶液狀態方程處理聚合物溶液體系，推導出混合體積變化、混合熱和“相互作用參數”與濃度的關系，將高分子溶液理論推進了一大步。他撰寫的兩本著名學術專著《高分子化學原理》和《鏈分子統計力學》再版達10多次，被譽為20世紀高分子科學的“圣經”。Flory由于在“大分子物理化學實驗和理論兩個方面做出了根本性的貢獻”（諾貝爾獲獎證書語）而榮獲1974年諾貝爾化學獎。 2000年，日本學者白川英樹、美國學者黑格和馬克迪爾米德等在導電高分子材料方面的研究成果，徹底改變了人們有關合成聚合物都是絕緣材料的傳統觀念，開創了功能高分子研究的嶄新領域。為此，三人共同獲得世紀之交的諾貝爾化學獎。 基質輔助激光解吸電離-飛行時間質譜（MALDI-TOFMS）是近年發展起來的一種新型軟電離生物質譜，為天然有機物、生物大分子如多肽和蛋白質等的相對分子質量測定和結構研究提供了強有力的手段。 高分子科學在我國起步始于20世紀50年代初期，當時王葆仁、唐敖慶、錢人元、何炳林和錢保功等學者分別在北京、長春、上海和天津等地組建高分子科學的研究和教育機構，開始從事相關
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