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SPOC学校专有课程
高分子物理
第3次开课
开课时间: 2023年09月18日 ~ 2024年01月30日
学时安排: 6小时每周
当前开课已结束 已有 54 人参加
老师已关闭该学期,无法查看
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—— 课程团队
课程概述

高分子物理是研究聚合物结构、分子运动与性能相互之间关系的一门学科。通过该课程的课堂教学及实验环节,使学生掌握聚合物的多层次结构、分子运动及主要物理、机械性能的基本概念、理论和研究方法,为高分子设计、改性、加工、应用奠定基础。高分子物理内容包括:①高分子的链结构和凝聚态结构;②高分子的溶液性质和聚合物的分子量、分子量分布测定;③聚合物的分子运动、玻璃化转变、结晶熔融转变;④力学性能(橡胶弹性、黏弹性、屈服和断裂)、流变性能以及电学、热、光学、表面与界面性能。

本课程的特色是以新工科和工程专业认证为引领,不断将教学内容不断更新,将课程思政无缝接融入到整个教学过程中,培养学生的家国情怀和科学精神。另外课程围绕“以学生为中心”以解决复杂工程问题能力培养为核心的线上线下混合教学模式和“自主、合作、探究型”多元化教学方法的构建与实施。将多媒体课件、SPOC课程、板书、QQ群等有机融合形成了多维教学手段,打造智慧课堂,充分调动学生的学习兴趣,解决课堂“单声道”问题,提高教学质量。课程通过实例教学和课堂讨论强化学生工程能力的培养,促进课程教学的持续改进,培养高素质工程技术人才。采用学习通、QQ问卷等对学生课程目标达成及时评价反馈。


授课目标

通过本课程的学习,使学生掌握高分子物理的基本概念和基本规律,正确地理解和掌握高聚物结构和性能之间的关系,为分析和解决高分子材料的科研和生产中的问题提供坚实的理论基础。本课程的教学与学习要侧重于准确理解高分子物理的基本概念和基本规律,使学生能顺利学习后续的专业课,提高自学与更新本专业知识的能力。

具体课程目标如下:

课程目标1通过本课程的学习,使学生掌握高分子结构与性能的基本概念和基本规律,为学生学习后续的专业课学习打下坚实理论基础;

课程目标2掌握现代科学表征仪器的基本原理和基本理念, 能够基于科学原理,采用合理的实验方案和测试方法,开展高分子材料的研制和表征,能正确采集、处理实验数据,对实验结果进行分析和解释,获取合理有效的结论。

    课程目标3针对高分子材料的科研和生产中出现的复杂工程问题,具备分析和解决问题的能力,提高终身学习与更新本专业知识的能力。


成绩 要求

课程评价方式,期末成绩占比60%,在线课程记录+测验占比10%,期中测验占比10%,作业占比10%,分组讨论、课堂翻转表现占比10%

综合评分大于等于60分合格。

课程大纲
高分子的链结构
课时目标:要求掌握构型、构象、均方末端距等基本概念,高聚物链结构、温度等因素对高聚物柔性的影响,以及完全伸直链、自由结合链、自由旋转链的均方末端距的计算。
第一节 组成和结构
1 结构单元的化学组成
2 高分子链的构型:旋光异构、几何异构、键接异构
3 分子构造与共聚物的序列结构
第二节 构象
1 高分子链的内旋转构象
2 高分子链的柔顺性
3 高分子链的构象统计
聚合物的凝聚态结构
课时目标:掌握内聚能密度的概念,内聚能密度大小与分子间作用力之间的关系;单晶与球晶;结晶度的概念、测定方法和计算方法;取向和解取向的概念、机理以及取向对高聚物性能的影响。
第一节 晶态与非晶态结构
1 晶体结构的基本概念
2 高分子晶体结构与结晶形态
3 高分子结晶度、晶态与非晶态结构模型
第二节 高分子液晶态结构与取向结构
1 高分子液晶态化学结构与表征
2 高分子液晶态结构的应用
3 高分子的取向结构
第三节 高分子多相结构
1 高分子多相结构与形态
2 嵌段共聚物相分离与应用示例
高分子溶液
课时目标:掌握高分子溶液、溶度参数的基本概念;不同的线型高聚物(结晶、非晶、极性、非极性)的溶解特性和交联高聚物的溶胀;高分子稀溶液的Huggins参数、混合热、混合熵、混合自由能和化学位表达式。
第一节 聚合物的溶解
1 溶解过程
2 溶度参数与测定方法
3 溶剂的选择
第二节 柔性链高分子溶液的热力学理论
1 Flory-Huggins 晶格模型理论
第三节 高分子溶液的相平衡与浓溶液
1 高分子溶液相分离、浓溶液的应用
聚合物的分子量和分子量分布
课时目标:掌握膜渗透压法、粘度法和凝胶渗透色谱法(GPC)测定聚合物分子量的原理和实验方法。掌握Mark-Houwink方程、GPC方法中的普适校正曲线。
第一节 聚合物分子量的统计意义(1学时)
1 聚合物分子量的多分散性
2 平均分子量的统计方法、分子量分布宽度
第二节 聚合物分子量的测定方法(2学时)
1 端基分析法、气相渗透法、渗透压法
2 光散射法
3 粘度法
第三节 聚合物分子量分布的测定方法(2学时)
1 分子量分布的测试方法
2 凝胶渗透色谱(GPC)
聚合物的转变与松弛
课时目标:非晶共高聚物、结晶高聚物的温度-形变曲线以及分子量对温度-形变曲线的影响;理解高分子运动单元的多重性、分子运动的时间依赖性和温度依赖性的影响因素。Tg的影响因素、Tg的测定、Tg转变的自由体积理论;聚合物结晶能力与结构的关系。熔点的概念、以及影响聚合物Tm的因素
第一节 聚合物分子运动的特点(2学时)
1 运动单元的多重性
2 分子运动的时间依赖性
3 分子运动的温度依赖性
第二节 玻璃化转变(3学时)
1 玻璃化温度的测量
2 玻璃化转变理论:自由体积理论
3 玻璃化转变温度的影响因素和应用
第三节 结晶行为和结晶动力学(3学时)
1 分子结构和结晶能力、结晶速度
2 结晶动力学:Avrami 方程
第四节 结晶热力学(2学时)
1 熔融过程和熔点
2 影响熔点因素
橡胶弹性
课时目标:橡胶弹性的热力学分析、交联橡胶状态方程。嵌段共聚热塑性弹性体的结构、使用的上下限温度。
第一节 形变类型及描述力学行为的基本物理量
第二节 橡胶形变的热力学分析
第三节 统计理论:交联橡胶状态方程
第四节 橡胶弹性的影响因素
第五节 热塑性弹性体
聚合物的粘弹性
课时目标:蠕变、应力松弛、滞后和内耗的基本概念,线性和理想交联高聚物的蠕变和回复曲线;线性和交联高聚物的应力松弛曲线,聚合物内耗-温度曲线;聚合物结构与内耗之间的关系;Boltzmann叠加原理、时温等效原理;WLF方程。
第一节 聚合物粘弹性
1 蠕变与应力松弛
2 滞后与内耗
第二节 粘弹性的数学描述
1 力学模型
2 Boltzmann叠加原理
第三节 时温等效原理
第四节 粘弹性的研究方法
第五节 动态力学谱研究聚合物
聚合物的屈服和断裂
课时目标:掌握非晶和结晶高聚物的应力-应变曲线、强迫高弹形变的概念,影响聚合物拉伸强度和冲击强度的因素。银纹屈服和剪切屈服机理。
第一节 聚合物的塑性和屈服
1 应力一应变曲线
2 剪切带的结构形态
3 银纹
第二节 聚合物的断裂和强度
1 断裂方式和断裂理论
2 聚合物的强度
3 影响聚合物强度的因素和增强
4 冲击强度与增韧
聚合物的流变性能
课时目标:牛顿流体、非牛顿流体、假塑性流体、胀塑性流体和表观粘度的概念。影响聚合物粘流温度和粘度的因素。掌握聚合物熔体的弹性表现(法向应力效应、挤出胀大效应、不稳定流动)。
第一节 牛顿流体和非牛顿流体
1 牛顿流、非牛顿流体
2 聚合物的粘性流动
第二节 聚合物熔体的切粘度
1 测定方法
2 影响因素和测定方法
第三节 聚合物熔体的弹性表现
第四节 旋转流变仪应用举例
聚合物的其他性能
课时目标:介电常数,介电松弛与介电击穿等介电性能基本概念,电导率的测定方法与导电复合材料,聚合物热稳定性基本概念,聚合物光反射与吸收基本概念,聚合物表界面性质。
第一节 聚合物的介电性能与导电性能
1 介电极化、介电常数与介电松弛,聚合物驻极体及热释电
2 聚合物电击穿与静电现象
3 聚合物的导电性能
第二节 聚合物的热性能和光性能
1 耐热性与热稳定性
2 导热性与热膨胀
3 光的折射、反射与吸收
第三节 聚合物的表界面性质
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预备知识

无机化学,有机化学,物理化学,大学物理,高分子化学

参考资料

1建议教材(需列出书名、版次、作者、出版社)

《高分子物理 》,第五版,华幼卿主编,北京:化学工业出版社

2、主要参考书目(需列出书名、版次、作者、出版社)

1)《高分子物理 》,第三版,何曼君主编,上海:复旦大学出版社

2)《高聚物结构与性能》,最新版,马德柱等主编,北京:科学出版社

3、其他学习资源(可列出相关文献、视频、网站等)

1www.polymer.cn


常见问题

Q :  高物课程难不难学? 

A :  紧跟教学节奏,厘清基本概念,不难学。

Q :  高物的概念太多记不住怎么办?

A : 建立思维导图,联系高分子的结构与性能。

Q : 高物的内容好像很老了,学了以后对科研、就业有用不?

A :以多年的科研经验来回答,非常有用,但是不要纠结于知识点本身,而是提升分析和研究的能力。


南京工业大学
2 位授课老师
陈双俊

陈双俊

研究员

沈育才

沈育才

教授

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