Introduction to Physical Polymer Science pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-Interscience

作者:L. H. Sperling

出品人:

页数:880

译者:

出版时间:2005-12-07

价格:USD 115.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471706069

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现代高分子化学基础：从分子结构到宏观性能的深度探索 本书旨在为高分子科学、化学工程、材料科学以及相关领域的学生和研究人员提供一个全面且深入的现代高分子化学基础知识体系。本书不涉及《Introduction to Physical Polymer Science》中的具体内容，而是聚焦于高分子科学的理论前沿、合成方法创新以及性能调控的最新进展，构建一个侧重于化学反应动力学、分子设计与先进表征技术的学习框架。 --- 第一部分：高分子基础理论与结构解析 第一章：高分子的基本概念与分类体系的演进 本章首先回顾了高分子科学的历史沿革，重点阐述了现代高分子科学区别于传统聚合物化学的核心特征。我们深入探讨了高分子的分子量分布（$M_w/M_n$）、拓扑结构（线性、支化、超支化、星形、树枝状）对宏观性质的决定性影响。内容涵盖了不同聚合反应机理下形成的分子量分布的统计学意义，并引入了高阶结构概念，如缠结、微相分离等，强调了结构层次的复杂性。 第二章：聚合反应的化学动力学与精准控制 本章是本书的核心理论部分之一，它将聚合反应视为复杂的化学过程进行深入分析。 1. 自由基聚合的精细调控： 详细分析了传统自由基聚合（FRP）的限制，并重点阐述了活性/可控自由基聚合（CRP）的最新进展，包括原子转移自由基聚合（ATRP）、可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）和氮氧自由基聚合（NMP）。本章将耗费大量篇幅来解析CRP中链端活性基团的平衡和浓度对分子量、分散度和链结构的影响，并辅以详细的反应速率方程推导。 2. 缩聚与逐步聚合的平衡热力学： 讨论了在非等温或高粘度体系下，缩聚反应的平衡转化率、反应速率常数的确定方法，以及如何通过去除副产物（如水或醇）实现高转化率的工程学策略。 3. 开环聚合（ROP）的催化机制： 集中讨论了环氧、内酯和胺基酸内酯等单体的开环机理，特别是金属有机催化剂（如钌、锌、镁络合物）的选择性、活性和对立体规整性的影响。 第三章：高分子结构的先进表征技术 本章聚焦于超越传统凝胶渗透色谱（GPC）的现代表征方法，旨在实现对高分子结构信息的“原子级”解析。 1. 高分辨核磁共振波谱（NMR）： 详细介绍了一维和二维NMR（如COSY, TOCSY, HSQC）在确定立构规整性（如差向异构、顺反异构）和末端基团官能度方面的应用。特别讨论了固态NMR在分析无定形或半结晶聚合物微观运动性中的优势。 2. 先进色谱技术与多检测器联用： 阐述了多角度激光散射（MALS）与GPC或尺寸排阻色谱（SEC）联用在精确测定绝对分子量和表征支化度方面的关键作用。引入在线粘度检测和光散射技术以推断聚合物链的拓扑形态。 3. 质谱分析（MS）： 介绍基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）在分析低分散度聚合物、识别链端结构以及分析共聚物序列分布的应用。 --- 第二部分：高分子溶液、形变与流变学 第四章：高分子溶液的热力学与统计力学 本章从统计物理学的角度深入理解高分子链在溶剂中的行为。 1. 链构象统计模型： 详细分析自由回转模型、受限回转模型和韦伯模型，引入特征比（$C_{infty}$）的概念，用以量化链段间的空间相互作用。 2. 溶液热力学理论： 深入探讨Flory-Huggins 理论的推导和应用，重点分析和比较$chi$参数（相互作用参数）在良溶剂、不良溶剂和临界溶解温度（$ heta$温度）条件下的物理意义。讨论高分子/低聚物混合体系的相分离行为。 3. 临界浓度的物理化学意义： 分析稀溶液、半稀溶液和浓溶液区域的特性粘度变化规律，引入高分子链的特征尺寸（回转半径 $R_g$）与分子量的关系（$R_g sim M^v$）及其幂律指数 $v$ 对溶剂质量的敏感性。 第五章：高分子的动态力学与流变学基础 本章专注于高分子材料在受力作用下的时间-温度依赖性行为，这是理解加工和使用性能的关键。 1. 线性粘弹性理论： 介绍松弛模量 $G(t)$ 和 储能模量 $G'$、损耗模量 $G''$ 的定义及其在频率扫描中的意义。系统阐述时间-温度等效原理（TTSP）和WLF方程，用以预测高分子材料在不同温度下的动态响应。 2. 非牛顿流变行为： 深入分析高分子熔体和浓溶液的剪切变稀、触变性等非牛顿现象。讨论Cross模型和Carreau模型在描述高剪切速率下粘度下降行为中的适用性。 3. 缠结动力学： 引入德鲁-格雷姆斯（de Gennes-Doi-Edwards）理论，探讨聚合物链在“网状管”（Reptation Tube）模型下的扩散和再取向机制，解释高分子熔体中临界缠结分子量 $M_e$ 对加工性能的影响。 --- 第三部分：高分子材料的固态结构与性能调控 第六章：半结晶聚合物的形成与结构解析 本章探讨聚合物从无规链到有序晶体的转变过程，这决定了材料的力学强度、密度和光学性能。 1. 结晶热力学与动力学： 详细分析Avrami 方程在描述不同结晶形态（球晶、分层晶）生长速率中的应用。讨论均聚物和共聚物（尤其阻规整性对结晶的影响）的熔点、玻璃化转变温度（$T_g$）与结晶温度（$T_c$）之间的热力学关系。 2. 球晶的形态学： 采用偏光显微镜（POM）图像分析技术，解析球晶的生长机制、分层结构的形成，以及片晶在球晶内的排列方式。探讨高剪切力诱导的流致结晶现象。 3. 形态对性能的影响： 量化不同结晶度、晶体尺寸和晶体取向度对聚合物拉伸强度、硬度和阻隔性能的贡献。 第七章：高分子共混物与复合材料的界面科学 本章关注通过物理混合或化学接枝来设计具有多功能性的复合体系。 1. 相容性与相分离： 运用扩展的 Flory-Huggins 理论（包括弹性项）分析共混物的热力学相容性。深入研究临界溶解温度（UCST/LCST）的预测，以及共混物中形成的微相结构（如海岛结构、层状结构）的尺寸与动力学演化。 2. 界面相互作用与增韧机制： 强调界面对复合材料性能的主导作用。探讨如何通过界面改性（如接枝共聚物）来提高无相容性共混物的韧性。分析纳米填料（如碳纳米管、石墨烯、粘土）在聚合物基体中的分散、润湿与界面应力传递机制。 3. 动态硫化与热塑性弹性体（TPE）： 阐述动态硫化（Dynamic Vulcanization）工艺，如何在一个热塑性基体中形成交联的橡胶相，从而实现材料兼具弹性和可加工性的目标。 第八章：功能性高分子与刺激响应材料的前沿设计 本章聚焦于利用化学结构设计赋予高分子材料特定响应能力，满足智能材料的需求。 1. 响应性聚合物（智能材料）： 深入分析聚电解质、感温材料（PNIPAM类）和pH响应性聚合物的分子设计原理。详细阐述其响应机理，例如链段溶剂化能力的转变、静电斥力或氢键网络的变化如何导致体积突变或溶胀行为。 2. 导电与半导体高分子： 介绍共轭聚合物的合成（如Suzuki, Stille偶联反应）及其骨架设计对电荷传输性能（载流子迁移率）的影响。讨论掺杂过程、电荷注入机制以及在有机光电器件（OLED, OPV）中的应用潜力。 3. 生物相容性与可降解聚合物： 侧重于聚酯、聚酸酐等在医疗领域的应用。探讨其体内水解动力学、降解产物的毒性评估，以及如何通过控制分子量和共聚单体比例来调控材料的体内降解速率。 --- 本书的特点在于：它建立在严格的化学热力学和统计力学基础之上，系统地覆盖了从分子合成到宏观流变学、从溶液行为到固态形态的完整链条。读者在掌握了这些前沿理论和先进表征技术后，将能更有效地进行高分子材料的分子级设计与性能预测。

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内容很简单易懂。是一本不错的入门读物。

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