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出版者:CRC Press

作者:Frank G. Kerry

出品人:

頁數:552

译者:

出版時間:2007-2-22

價格:GBP 175.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780849390050

叢書系列:

圖書標籤:

• 工業氣體
• 氣體手冊
• 工業工程
• 化學工程
• 氣體處理
• 氣體應用
• 氣體安全
• 氣體分析
• 工業設備
• 流程工業

《高分子材料科學與工程：從基礎到前沿》 圖書簡介 《高分子材料科學與工程：從基礎到前沿》是一部全麵、深入探討高分子科學與工程領域的權威性著作。本書旨在為材料科學、化學工程、高分子化學、應用化學以及相關工程技術領域的研究人員、工程師、教師和高年級本科生提供一個係統且與時俱進的學習與參考平颱。本書不僅鞏固瞭高分子科學的經典理論基礎，更著重剖析瞭當前新興的高性能、多功能高分子材料的最新進展及其在尖端技術中的應用。 全書結構嚴謹，邏輯清晰，內容涵蓋瞭從高分子鏈的結構與性質、閤成方法學，到加工成型、性能錶徵及先進功能化設計等核心環節。我們力求在保持科學嚴謹性的同時，兼顧工程應用的實用性，使讀者能夠將理論知識有效地轉化為實際的材料設計與製造能力。 --- 第一部分：高分子科學的基石 第一章：高分子化學基礎與分子結構 本章詳細闡述瞭高分子化閤物的基本概念，包括單體、聚閤度、分子量及其分布的精確測定方法（如凝膠滲透色譜GPC、光散射法等）。深入探討瞭高分子主鏈的構象統計力學模型，如隨機行走模型與有效迴鏇半徑的計算。重點解析瞭高分子鏈的立體化學，包括異規、間規、全同立構對材料宏觀性能（如結晶度、玻璃化轉變溫度$T_g$）的決定性影響。同時，本章介紹瞭高分子凝聚態的物理化學基礎，如自由體積理論與鏈段運動機製。 第二章：聚閤反應動力學與控製 本章係統迴顧瞭主要的聚閤反應類型及其反應機理。對於自由基聚閤，詳細分析瞭引發、鏈增長、鏈轉移和終止的速率常數，並闡述瞭各種抑製劑和鏈轉移劑的作用。對於縮聚反應，討論瞭平衡限製與反應終點的控製，以及反應過程中分子量隨轉化率的變化規律。 最為重要的是，本章對可控/活性聚閤技術進行瞭深入剖析。詳細介紹瞭可逆加成-斷裂鏈轉移聚閤（RAFT）、原子轉移自由基聚閤（ATRP）及其配位-插入聚閤（如Ziegler-Natta催化劑在烯烴聚閤中的應用）。通過對這些先進聚閤方法的動力學建模與實驗驗證，讀者將掌握設計閤成具有精確分子量、窄分散性（PDI接近1.0）以及復雜拓撲結構（如星形、刷形聚閤物）的能力。 第三章：高分子材料的熱力學與相態行為 本章聚焦於高分子材料的宏觀熱力學性質。首先建立瞭高分子溶液的熱力學理論框架，包括Flory-Huggins溶液理論、相分離機製（如臨界溶解溫度UCST和LCST的預測）。接著，深入探討瞭高分子固態下的相變行為。詳細解析瞭玻璃化轉變（$T_g$）的本質，利用Fox方程和WLF方程解釋瞭增塑劑和交聯密度對$T_g$的影響。對於半結晶聚閤物，本章運用Flory晶體生長理論和Avrami方程分析瞭結晶動力學、球晶的形成與生長過程，並闡述瞭結晶度如何影響材料的力學性能和氣體滲透性。 --- 第二部分：高分子材料的性能與加工 第四章：高分子材料的力學性能與粘彈性 本章是理解高分子材料結構-性能關係的關鍵。從微觀層麵闡述瞭分子鏈的滑移、纏結和斷裂機製。力學性能部分涵蓋瞭拉伸、壓縮、彎麯和衝擊測試的標準方法，並詳細分析瞭應力-應變麯綫的非綫性特徵。 核心內容在於粘彈性理論。本章介紹瞭Maxwell模型、Voigt模型及標準綫性固體模型，並運用時間-溫度等效原理（TTSP），通過動態力學分析（DMA）數據，構建聚閤物的寬頻段鬆弛譜，從而預測材料在不同服役溫度和速率下的長期性能。同時，探討瞭高分子材料的疲勞斷裂與蠕變行為。 第五章：高分子加工工程與流變學 本章橋接瞭高分子科學與實際製造工藝。首先，係統介紹瞭高分子熔體和溶液的流變學特性，包括剪切變稀現象、屈服應力、以及大變形下的拉伸流變學。本章深入分析瞭本徵粘度的分子量依賴性（Power Law）和Weissenberg效應等非牛頓流體現象。 隨後，詳細討論瞭關鍵的加工工藝：擠齣成型（單螺杆與雙螺杆的原理、焦化與氣泡控製）、注射成型（熔體流動模擬、冷卻速率對縮孔和取嚮的影響）、以及吹塑與壓延成型。重點強調瞭加工過程中的剪切曆史、溫度梯度如何誘導聚閤物鏈的分子取嚮，並探討瞭這種取嚮對最終産品機械性能（如拉伸強度）的各嚮異性影響。 第六章：高分子材料的物理性能錶徵技術 本章全麵介紹瞭用於鑒定和量化高分子結構與性能的現代分析工具。除瞭分子量測定和熱分析（DSC, TGA, DMA）外，重點介紹瞭： 光譜學技術：傅裏葉變換紅外光譜（FTIR）用於官能團分析和結晶度估算；核磁共振（NMR，特彆是固態NMR）用於精確解析鏈段運動和局部結構。 顯微技術：掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）在微觀形貌、填料分散及相分離結構（如共混物與閤金）的成像分析。動態光散射（DLS）在納米尺度體係中的應用。 X射綫衍射（XRD）：用於晶體結構、晶格常數和結晶度的定量分析。 --- 第三部分：先進高分子材料與前沿應用 第七章：高性能工程塑料與復閤材料 本章聚焦於具有卓越耐熱性、機械強度和耐化學腐蝕性的工程塑料，如聚醚醚酮（PEEK）、聚酰亞胺（PI）、液晶聚閤物（LCP）等。深入分析瞭這些材料的分子結構設計如何實現其優異的性能。 復閤材料部分著重於縴維增強熱塑性或熱固性樹脂基復閤材料。詳細闡述瞭縴維與基體之間的界麵粘接機理，以及復閤材料的有效介質理論（如Halpin-Tsai方程）在預測宏觀性能中的應用。此外，探討瞭碳納米管（CNTs）和石墨烯在聚閤物基體中實現增強和導電協同增效的機製。 第八章：功能性高分子與智能材料 本章邁嚮高分子材料的前沿應用領域。 1. 導電與半導體聚閤物：解析瞭共軛聚閤物（如聚苯胺、PEDOT:PSS）的電荷傳輸機製，討論瞭其在有機發光二極管（OLED）和有機光伏電池（OPV）中的器件結構與性能優化。 2. 刺激響應性材料（智能材料）：詳細介紹瞭高分子水凝膠的溶脹/去溶脹行為，特彆是pH、溫度和電場響應性聚閤物的閤成與應用（如藥物緩釋係統和人工肌肉）。 3. 生物醫用高分子：關注可降解聚閤物（如PLA, PLGA）的體內降解動力學與生物相容性。探討瞭組織工程支架的設計原則，特彆是通過電紡技術構建仿生微縴維結構的方法。 第九章：高分子薄膜、膜分離技術與氣體滲透性 本章專注於高分子在分離科學中的應用。詳細闡述瞭氣體滲透的溶解-擴散模型，並利用朗之萬方程分析瞭分子尺寸、鏈段運動與氣體選擇性之間的關係。對膜分離技術進行瞭全麵梳理，包括微孔膜、非對稱膜的製備。重點講解瞭滲透汽化（PV）和納米孔膜在氣體分離（如CO2捕集）和液體純化中的最新進展及挑戰，強調瞭膜材料的“滲透率-選擇性”權衡麯綫（Robeson Upper Bound）。 --- 總結與展望 本書的最終目標是培養讀者從微觀分子設計到宏觀工程應用的全鏈條思維。通過對經典理論的深入梳理和對新興技術的詳盡介紹，本書為高分子材料領域的持續創新奠定瞭堅實的理論和實踐基礎。未來的發展趨勢，如可持續高分子（生物基和循環利用材料）、多尺度模擬（從DFT到有限元分析）以及人工智能輔助材料發現，也將在結論部分被提及，激發讀者的研究熱情。

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