The composition of dendrimers can be varied throughout the molecule in a systematic way
How many different architectures of macromolecules can you imagine?
Polymers Related to Information Technology
LCD after using polymer optical compensation films:
Color degradation and narrow viewing angle without negative compensation films
S2
m R
i 0 N i
N
2 i
m
i 0
5. 本课程讲授的内容
(1) 高分子的形状和大小
构型和构造
结 构象
一级(近程)结构 二级(远程)结构
分子量和分子量分布
构 (2) 高分子溶液, 高分子共混物, 嵌段共聚物
稀溶液->亚浓溶液->浓溶液的热力学
(3) 高分子的聚集态结构 三级结构
非晶态、结晶态和液晶态
5. 本课程讲授的内容
(4) 高分子的分子运动学
4. 高分子物理的发展简史
3. 现代物理向高分子物理的渗透 1965de Gennes 和 Edwards的蛇行(reptation)理 论, 标度概念(scaling concept)
高分子物理已成为现代凝聚态物理的重要分支 -软凝聚态物理(soft condensed matter)、软 物质(soft matter)或复杂流体(complex fluids)
In melt or solution
Random coil 无规线团
Computer Simulation of a Single Chain in Solutions
特殊的链构象：平面锯齿链(zigzag)和螺旋链
Polyproplenes in Crystals
2.2.3 高分子的柔顺性(flexibility)
(2) 重要性-a.著名公司的材料研发流程
市场调研
高分子物理-设计-理论分析
结构性能表征
高分子化学-合成, 改性
高分子产品
(2) 重要性-b.从印第安人穿的靴子谈起
O2
O2
乳液

固体
1839年Goodyear的硫化技术
S
硫化橡胶 不了解结构特点，就要走很多的弯路， 更谈不上分子设计
4. 高分子物理的发展简史
Cross-linked polymer
Graft copolymer and : two different monomers
星形和超支化高分子
Star (星状) polymers
homo-armed (同臂)
hetro-armed (杂臂)
Hyperbranched (超枝化) Polymers and Dendrimers (树枝链):
2.1.2.1几何异构
CH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2 CH CH CH2 CH CH CH2 CH2
顺式cis
反式trans
2.1.2.2 旋光异构
手性分子 问题: 一根链中同时出现不同的C*??
等规isotactic
间规syndiotactic
无规atactic or
Polymer light emitting diodes:
Red
High contrast ratio and wide viewing angle with negative compensation films
Yellow
Blue
2. 高分子的特点
(1) 长链分子
N>>1 合成高分子 N~102-104 天然高分子 N~109-1010 DNA、RNA，Protein,…
2.2.3.1 静态柔顺性－热力学定义 2 1
De
持久长度
lp=l exp(De/kT)
De-0, lp->l
2.2.3 高分子的柔顺性(flexibility)
2.2.3.2 动态柔顺性－动力学定义
DE
2
由1到2的转换时间(持续时间) p=1exp(DE/kT) DE-0, p ->1
i i i i i
i
i i
n M MdM w(M )dM w( M ) n( M )dM dM
M
重量平均-重均分子量(weight averaged)
Mw
wi M i
i
w
i

ni M i2
i
n M
i i
i

w(M )MdM w(M )dM

n( M ) M 2 dM
高 分 子 物 理
第一章
导
论
高分子科学的重要性 高分子的特点 高分子物理的研究内容和重要性 高分子物理的发展简史
本课程所讲授的内容
1. 高分子科学的重要性

现代工业的重要标志 其他产业的重要支柱…
“I am inclined to think that the development of polymerization is, perhaps, the biggest thing chemistry has done, where it has had the biggest effect on everyday life. The world would be a totally different place without artificial fibers (纤维), plastics (塑料), elastomers (弹性体), etc. Even in the field of electronics, what would you do without insulation? And there you come back to polymers again.” Lord Todd, president of the Royal Society of London, quoted in Chem. Eng. News 1980, 58(40), 29, in answer to the question, What do you think has been chemistry’s biggest
AFM of Single Chains
(2) 影响物理性质的几大因素
a. 聚合度 N b. 单体连接->缺少独立运动的自由度 ->熵的损失 c. 高分子链具有不同程度的柔顺性
d. 结构的多变性
3. 高分子物理的研究内容和重要性
(1) 研究内容 分子运动
结构
性能
包括：理论、实验表征等手段 为高分子材料的分子、结构设计和性能 设计提供理论基础
AFM of branched Polymers
2.1.2 构型(Configurations)
Arrangements fixed by the chemical bonding in the molecule, such as cis (顺式) and trans (反式), isotactic (等规) and syndiotactic (间规) isomers. The configuration of a polymer cannot be altered unless chemical bonds are broken and reformed.
i 1
Mean-squared end-to-end distance (均方末端距):
h
2
R
2
ri rj
i 1 j 1
N
N
Mean-squared radius of gyration (homopolymer chain) (均方回转半径): Schematic representation of homopolymer chain of N+1 mass points and N bond vectors.
block
2.1.2 构型(Configurations)
化学键固定的原子在空间的几何排列 改变构型(顺反和旋光)必须打断化学 键!!!
2.2 远程结构 (glouble)
一根链整体的形状和大小
2.2.1 高分子链的质量
长度平均-数均分子量(number averaged)
Mn
n M w n w M
2.1.1.4 均聚与共聚
Homopolymers (均聚物): Copolymers (共聚物):
Linear polymer
Linear random copolymer
Linear alternating copolymer
Branched polymer
Linear block copolymer
1
2.2.3.3 影响柔顺性的主要因素
主链结构 侧基 链的长短
2.2.4 高分子链构象的统计
关键是寻找无规线团状柔性链的表征参量
2.2.4.1 均方末端距<h2>和均方回转半径<S2>的几何统计方法
<S2> <h2>
<h2>和<S2>的定义
End-to-end vector (末端距矢量): N R ri <h>=<R>=0
高分子结构的发现 Staudinger 1920-1930 1. 高分子物理的起点 橡胶弹性的分子理论 Kuhn, Mark 1930-1935 高分子链构象统计理论 2. 高分子的物化时代和DNA的发现 1935-1965 Flory 溶液理论，Rouse-Zimm链动力学理论 Watson-Crick的d-Helix DNA, Natta聚烯烃 聚集态结构表征方法