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高分子物理教程 - 柯扬船、何平笙

上一篇 / 下一篇 2008-04-20 03:00:22

出版日期:2006年6月
随着高分子材料在越来越多的领域得到应用，对高分子结构性能的研究和质量控制的工作也不断增强。高分子物理作为一门研究高分子结构性能的多学科交叉的综合学科，越来越受到重视。经过较长时间的论证和调研工作，由中国石油大学组织，编写了本书。本书区别以往高分子物理教科书的最大特点是在遵循“反映时代变化特点和体现基础理论特色”的原则下，重新精选内容而成。

目前，高分子物理学科的研究越来越多样化，然而大部分的研究资料不完全适合作为高等院校学生的教材使用。因此，本书在编写时，同时考虑了教学特点和学科发展的需要，参考了国家教育部的有关教学大纲，经筛选后，适当地加入了高分子软物质、相分离、亚稳态、多晶型、图案组装、仿生高分子表面、聚合物纳米复合材料、DNA及原子力显微镜等新颖的内容，既考虑到这些学科之间的模糊界限，也保留了高分子物理学科的基本内涵。并经过多次审阅，相互融合辉映，成为一个整体。

本书各章撰写人如下：第1章柯扬船（中国石油大学，省部奖励获得者）；第2章何平笙（中国科学技术大学，优秀教材省部级一等奖获得者）；第3章苏志强（中国科学院化学所）；朱善农（中国科学院化学所，国家自然科学奖获得者）；第4章柯扬船、杨德才（中国科学院长春应用化学所，国家科技进步奖获得者）；第5章柯扬船、漆宗能（中国科学院化学所，国内聚合物层状硅酸盐纳米复合材料创始人）；第6章杨德才、柯扬船；第7章殷敬华（中国科学院长春应用化学所，国家自然基金重大项目首席科学家）、辛志荣（中国科学院长春应用化学所）、何平笙；第8章殷敬华、丁永涛（中国科学院长春应用化学所）；柯扬船；第9章潘才元（中国科学技术大学，高分子物理学家）、朱善农、柯扬船；第10章柯扬船、漆宗能。

在本书的编写过程中，各撰写人提供了许多参考素材。例如，本书采纳了何平笙和殷敬华各自著作中部分结晶学和热力学内容；采纳了王军佐、赵竹第、李强发表的博士、博士后论文中的部分图表；采纳了莫志深和张宏放主编的《聚合物晶体X射线学》以及B.Wunderlich的《高分子凝聚态物理》中的部分图表；采纳了吴人洁等人主编的《高聚物的表面与界面》、漆宗能等人的《高分子合金》中的部分内容；美国科学家皮特·斯壮（P.Stroeve）也提供了一些图片和讲座素材。

此外，许多合作者还提供了部分发表论文的抽印本和讲座内容，在此就不一一列出了，而以参考文献的形式注明。由于参考文献过多，故只保留一些对本书有实质贡献的部分。在此，对所有提供帮助和参考的人员表示感谢。

本书初稿的第1、2、3、4、5、6、10章由何平笙完成审阅，其他章节由柯扬船组织审阅。再审稿的全部内容由柯扬船完成审阅、校对和打印工作，漆宗能对审阅部分提供了补充资料，并对修改内容提出了宝贵意见。研究生王毅、刘维康、李京子、杜守琴、孙明卓、郑德煜、雷小松参与了插图制作、校对和录入工作，在此表示感谢。

由于编者水平有限，书中不妥之处，敬请读者批评指正。

编者2005年10月高分子物理教程目录
第1章高分子科学与物理概论1

11高分子科学发展简史5

12高分子学科与其他学科体系的交融发展7

13高分子物理的研究内容7

131高分子物理的研究领域8

132高分子链的构型8

133高分子聚集态结构10

134高分子的热转变与热性能17

135高分子的性能17

14高分子物理学科的发展19

141高分子物理学科的应用19

142高分子物理学科的发展潜力20

问题与思考21

参考文献21

第2章高分子的统计理论22

21高分子链的统计理论22

211小分子的内旋转22

212高分子链的柔性23

213末端距和一维空间的无规行走24

214三维空间的无规行走和高斯链26

215高分子链尺寸的几何计算27

22交联橡胶结构的高弹性理论28

221孤立链的构象熵28

222交联结构的高弹性理论29

23高分子溶液的统计理论——FloryHuggins格子模型理论32

231高分子溶液的混合熵32

232高分子溶液的混合热和混合自由能34

233偏微摩尔量36

234高分子稀溶液理论38

235交联橡胶的溶胀44

24共混物相容性热力学47

25标度理论简介50

问题与思考54

参考文献54

第3章高分子的链结构55

31高分子结构55

311高分子结构的概念55

312高分子结构的特点55

313高分子结构的分类56

32高分子链的化学结构56

321链结构单元的化学组成56

322键接结构58

323共聚物的结构60

324支化与交联68

325端基71

33高分子链的构型71

331旋光异构71

332几何异构72

333有规立构对聚合物物理性能的影响73

34高分子链的构象74

341高分子链的内旋转构象74

342高分子链的柔性76

343非晶相构象78

344晶相构象78

35聚合物的分子量和分子量分布80

351常用的统计平均分子量80

352分子量分布宽度81

353聚合物分子量分布函数82

354聚合物分子量的测定方法84

355聚合物分子量分布的测定方法93

问题与思考101

参考文献102

第4章高分子的凝聚态结构103

41高分子的结晶103

411高分子的凝聚状态103

412高分子相态类型104

413晶体104

414高分子晶体105

415高分子球晶的形变111

416取向结晶过程与表征116

417影响结晶过程的主要因素118

42晶体结构的研究方法119

421结构的复杂性及多重性119

422点群和空间群119

423晶胞和点阵122

424晶体对称性、晶系及晶体空间点阵形式123

425螺旋表示128

426高分子的充填和结晶129

427高聚物晶体结构分析方法130

43高分子非晶态与液晶态134

431高分子非晶态134

432结晶高聚物的力学状态136

433高分子液晶137

44高分子结晶过程及其研究方法148

441高分子结晶过程149

442高分子结晶过程的控制方法149

45高分子凝聚态结构与性能的关系150

451高分子间的结合力及其作用150

452高分子链结构键接方式与性能的关系151

453凝聚态结构与热性能的关系151

454凝聚态结构与力学性能的关系151

455凝聚态结构与其他性能的关系153

问题与思考153

参考文献153

第5章高分子界面物理155

51高分子表面物理性质155

511高分子的表面张力155

512多相体系的表面张力159

513共混体系的表面张力159

514高分子表面性质的计算160

52高分子界面物理性质161

521界面与界面张力161

522界面润湿与接触角162

523黏附功和内聚能163

524高分子表面与界面性质的影响因素165

525高分子体系界面热力学与扩散性质166

526高分子熔体毛细管流动界面的黏滑转变170

53高分子共混体系相界面形态与效应174

531共混物的相界面174

532界面增容效应175

533嵌段和接枝共聚物改善共混体系界面活性176

534高分子共混体系界面相容性与力学性质的关系177

535高分子表面粘接性能177

54表面与界面测定178

541液体表面张力的测定178

542高分子固体表面张力的测定180

55高聚物表面和界面多功能性181

551高聚物表面带电行为181

552表面导电性182

553切向电荷转移182

554高聚物表面与界面的环境影响行为185

555生物医学高聚物表面的研究185

556LB高聚物膜材料的研究185

56高聚物无机物多相体系界面物理185

561表面吸附185

562聚合物与层状硅酸盐复合界面186

附录1常用数据表187

附录2文中聚合物缩写的注释189

附录3硅烷表面处理189

问题与思考190

参考文献191

第6章高聚物分子的动态行为193

61高分子的亚稳态结构193

611相态和相变193

612亚稳态和亚稳性195

613聚合物结晶的亚稳态198

614晶体尺寸对相稳定性的影响201

615聚合物液晶的亚稳性202

616聚合物共混体系的亚稳性204

62高分子的多晶型205

621特种高分子的晶型转化206

622特种高分子中的多晶型转化206

623外场诱导的亚稳晶相208

624拉伸诱导结晶的计算210

63高分子的延展性211

631分子取向方式211

632高聚物的取向机理212

633高聚物取向后的性能变化212

634双折射测分子总取向212

635分子结构和取向参数217

636小角光散射(SALS)224

637高分子链的柔性及主链键的内旋转230

64高分子的流变性231

641高分子溶液的流变性231

642流变学概念232

643液体的流变学类型234

644熔体高分子链形态模型237

645高聚物熔体的双对数流动曲线238

646影响高聚物熔体黏度的因素239

647高聚物熔体剪切流动的弹性行为241

648高聚物熔体的拉伸流动242

65高分子非线性黏弹性244

651高聚物的高弹性和黏弹性244

652高弹性244

653高弹形变的理论245

66高聚物的黏弹性247

661应力松弛现象247

662蠕变248

663影响高聚物蠕变的因素250

664时间温度等效原理251

665玻尔兹曼叠加原理252

666动态变形下的滞后损耗252

问题与思考255

参考文献255

第7章高分子的性能257

71力学性能257

711高聚物的塑性和屈服259

712高弹性265

713黏弹性266

72光学性能270

721透明性270

722折射行为271

723反射和内反射272

724双折射273

73热学性能273

731高聚物的热稳定性和耐高温高聚物材料274

732高聚物的热膨胀277

733高聚物的热传导279

74电学性能281

741高聚物的导电性282

742高聚物的电击穿286

743高聚物的静电现象288

744电介质的极化和介电性289

745高聚物的介电性292

75其他性能293

问题与思考296

参考文献297

第8章高分子共混与复合材料298

81多相体系理论298

811聚合物聚合物相容性理论298

812聚合物共混体系的形态结构299

813聚合物共混体系的流动行为301

814橡胶增韧高聚物的形变机理302

82高分子与液晶复合材料305

821原位成纤复合法306

822预成纤复合法309

823TLCP复合材料前景310

83高分子与无机复合材料310

831溶胶凝胶技术311

832溶胶凝胶法制备有机无机复合材料313

84高分子共混与复合材料316

841高分子共混材料的玻璃化转变316

842热塑性硫化橡胶共混合材料318

843弹性体共混物323

85高分子纳米复合材料325

851纳米复合材料类型及纳米效应326

852纳米无机粒子的表面改性及分散处理327

853聚合物层状硅酸盐纳米复合材料制备方法329

854高聚物塑料纳米粒子复合材料的特性331

855纳米无机粒子在塑料高性能化中的应用实例333

86高分子纳米改性技术的应用和意义335

861现状与应用335

862纳米复合的重要意义335

863多功能改性聚合物336

864发展前景336

问题与思考337

参考文献337

第9章高分子材料的结构性能表征340

91高分子结构的表征340

92高分子研究的仪器分析方法341

921仪器和光源校正341

922误差分析341

923标准样品制备342

924附件的影响342

93核磁共振谱方法342

931核磁共振基本原理342

932核磁共振氢谱345

933核磁共振碳谱349

94高分辨核磁共振谱方法353

941同核二维NMR实验353

942聚乙烯结构测定355

943聚氯乙烯结构测定361

95红外光谱方法367

951基本原理367

952红外光谱与分子结构的关系369

953红外光谱的解析372

96凝胶渗透色谱（GPC）372

961基本原理373

962分子量校正375

963分子量及分子量分布的测定376

97热分析方法377

971热重法378

972差热分析381

973差示扫描量热法382

98X射线方法385

981前言385

982X射线研究聚合物及其复合材料385

99电子显微镜方法390

991电子显微镜的基本知识390

992扫描电子显微镜方法392

993实验方法392

994聚合物晶体形态测定393

910原子力显微镜394

9101基本原理394

9102AFM观察聚合物复合材料表面395

911X射线光电子能谱研究高聚物396

9111XPS的基本原理396

9112利用结合能及相对峰强度研究高聚物401

9113XPS技术的应用403

问题与思考409

参考文献409

第10章高分子物理的发展方向411

101高分子物理与材料科学的发展411

1011高分子科学学科411

1012高分子物理学科及其发展412

1013功能高分子与新材料研究412

1014高分子科学发展特点413

102生物高分子物理及材料科学413

1021天然高分子413

1022DNA的结构415

1023DNA双螺旋与纳米技术418

103高分子信息化材料物理科学420

1031高分子聚合物的有序相分离结构420

1032嵌段共聚物共混形成超晶格有序结构420

104新型高分子复合材料科学422

1041界面间聚合物422

1042高分子建材423

1043聚合物无机纳米复合材料424

1044多层膜和单层薄膜表面组装的物理特征426

1045食品高分子428

105 高分子物理前沿课题与展望429

1051功能高分子429

1052医药用高分子429

1053天然高分子430

1054高分子纳米复合材料430

1055聚合物高分子复合材料电子与光子学430

1056高分子智能材料431

1057高分子仿生学与表面自洁特性432

问题与思考433

参考文献433 本书可作为高等院校相关专业研究生教材，也可作为博士生选修教材。在使用本书时，也可以根据学生对象（如本科生）和学时的不同，对有关章节进行选取教学。同时本书有关内容也可对从事高分子研究的科研人员和材料开发人员提供实用、有益的参考。高分子物理教程内容介绍:
本书基于高分子物理的基本内容，融合了最新的高分子科学进展和成果，既包含高分子链结构、链凝聚态、链缠结、结晶学、多相体系复合等传统核心内容，也包含了高分子软物质、相分离、亚稳态、多晶型、图案组装、仿生高分子表面、聚合物纳米复合材料、DNA及原子力显微镜等新颖内容。

本书按照高分子结构描述、表征及结构与性能关系的思路，展示关联方法的研究，并将高分子物理主要精髓纳入到一些实例中。

本书可作为高等院校相关专业研究生教材，也可作为博士生选修教材。在使用本书时，也可以根据学生对象（如本科生）和学时的不同，对有关章节进行选取教学。同时本书有关内容也可对从事高分子研究的科研人员和材料开发人员提供实用、有益的参考。
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