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第1章 高分子凝聚态物理学的基本问题 1

1.1 凝聚态物理学的两个基本问题 1

1.2 分子链的溶致凝聚与高分子相变 3

1.3 高分子凝聚的多体问题与复杂关联效应 5

第2章 孤立分子链的构象与运动学 9

2.1 分子链的构造与构型 9

2.1.1 分子链的化学组成与键接方式 9

2.1.2 分子链的构型及立体异构体 10

2.1.3 分子链拓扑异构体 12

2.2 理想分子链的构象 13

2.2.1 分子链的内旋转构象与柔顺性 14

2.2.2 等效自由连接链模型与Kuhn链段 17

2.2.3 粗粒化模型、Gauss链段、分子链构象的自相似性 20

2.2.4 分子链构象的分形维数 21

2.2.5 分子链构象的标度性 25

2.2.6 理想链的自由能和弹性力 27

2.2.7 理想链的对偶关联函数 31

2.2.8 理想链性质小结 32

2.3 排除体积作用及对分子链构象的影响 33

2.3.1 分子链的占有体积与扩张体积 33

2.3.2 Mayer f-函数与排除体积相互作用 34

2.3.3 排除体积作用对分子链构象的影响 37

2.3.4 聚合物稀溶液理论 39

2.3.5 温度对排除体积作用的影响 44

2.3.6 膨胀链的对偶关联函数 44

2.3.7 稀溶液中分子链性质小结 44

2.4 单分子链凝聚态 45

2.4.1 高分子稀溶液和极稀溶液 45

2.4.2 单链凝聚态 47

2.4.3 单分子链单晶 50

2.4.4 单链玻璃态与单链高弹拉伸行为 56

2.5 单分子链运动学 59

2.5.1 涨落-耗散定理 60

2.5.2 Debey模型讨论聚合物稀溶液的黏性流动 62

2.5.3 Rouse-Zimm模型讨论聚合物稀溶液的黏弹性流动 64

2.5.4 Rouse-Zimm模型的显式本构方程 67

2.5.5 流体动力学相互作用、Zimm修正 69

第3章 分子链凝聚过程及多链聚集体的凝聚态性质 71

3.1 分子链的溶致凝聚过程 71

3.2 亚浓溶液性质 72

3.2.1 亚浓溶液的渗透压 73

3.2.2 分子链长程关联效应 78

3.2.3 亚浓溶液中分子链的构象 81

3.2.4 串滴链模型 83

3.2.5 亚浓溶液的对偶关联函数 85

3.2.6 亚浓溶液中的屏蔽效应 86

3.3 浓厚体系中缠结网链的构象 87

3.3.1 浓厚体系中的分界浓度 87

3.3.2 浓厚体系中分子链的穿透交叠 89

3.3.3 全高斯链浓度c＊＊的意义 90

3.3.4 浓厚体系中的屏蔽效应 92

3.3.5 浓厚体系中几个关键尺度的关系 93

3.3.6 溶致凝聚过程中体系熵值的变化及其热力学意义 94

3.4 非晶聚合物的玻璃化转变与分子链缠结图像 97

3.4.1 非晶聚合物的力学状态与热力学相态特征 97

3.4.2 关于玻璃化转变的讨论 99

3.4.3 无规线团模型与分子链缠结的经典图像 103

3.4.4 串滴链长程缠结图像 105

3.4.5 非晶高弹态与黏流态的分子链缠结网特征 107

3.5 结晶聚合物及其熔融 109

3.5.1 高分子结晶的复杂性 109

3.5.2 复杂的分子链排列构象与晶体形态 112

3.5.3 结晶度测量与计算 115

3.5.4 高分子结晶的动力学特征 117

3.5.5 结晶聚合物熔融及其动力学特征 120

3.6 交联聚合物网络及其溶胀 125

3.6.1 两种不同类型的交联网络 125

3.6.2 理想橡胶等温拉伸的热力学方程 127

3.6.3 交联网络高弹形变的分子论解析 128

3.6.4 Mooney-Rivlin唯象理论 132

3.6.5 交联聚合物网络的平衡溶胀 134

3.7 缠结分子链的蛇行蠕动模型 137

3.7.1 浓厚高分子液体的奇异流变性 137

3.7.2 管模型与蛇行蠕动模型 140

3.7.3 浓厚高分子液体中分子链的蠕动 143

第4章 物质状态的描述与相变的定义 145

4.1 物质状态的描述 145

4.1.1 物质状态的微观描述与宏观描述 145

4.1.2 微观描述与宏观描述的联系 148

4.1.3 对称性及对称操作 149

4.1.4 对称群 151

4.1.5 物质结构函数及其Fourier变换 152

4.2 相变的定义 153

4.2.1 相变的热力学分类 154

4.2.2 对称破缺与序参量 156

4.2.3 二级相变理论 159

4.3 分子间相互作用 162

4.3.1 分子间相互作用的重要性 162

4.3.2 静电相互作用 163

4.3.3 弱化学键作用 166

4.3.4 亲水-疏水相互作用 168

4.3.5 内聚能密度与溶解度参数 169

第5章 高分子材料的相变及其复杂性 173

5.1 高分子材料相变的复杂性 173

5.2 软物质的熵致相变 175

5.2.1 软物质概念 175

5.2.2 软物质与硬物质的差别 177

5.2.3 熵致相变 179

5.3 相变的动力学控制 184

5.3.1 相变的亚稳定态与亚稳定性 184

5.3.2 高分子相变亚稳定态的重要性 185

5.3.3 晶体生长的动力学控制 187

5.4 液晶的凝聚态特征及高分子液晶 191

5.4.1 液晶的分类 192

5.4.2 液晶的凝聚态特征 195

5.4.3 高分子液晶的结构及性能特点 198

5.5 导电高分子的激发态 206

5.5.1 导电高分子的基态 206

5.5.2 聚乙炔的Peierls相变 208

5.5.3 一维固体的元激发——孤子态 210

5.5.4 导电高分子的极化子态 212

5.6 高分子非均质态的逾渗转变 216

5.6.1 材料的非均质结构及微结构特征描述 216

5.6.2 逾渗模型的基本物理量 221

5.6.3 临界区的性质 227

5.6.4 拓扑无序结构上的逾渗过程 230

5.7 高分子溶胶-凝胶转变 233

5.7.1 溶胶-凝胶转变 233

5.7.2 凝胶化转变的平均场模型 236

5.7.3 凝胶化转变的临界区逾渗转变模型 241

第6章 高分子凝聚态物理学范式的讨论 243

6.1 范式的重要性 243

6.1.1 范式的意义和作用 243

6.1.2 探索高分子凝聚态物理学范式的重要性和迫切性 244

6.2 关于高分子凝聚态物理学范式的思考 245

参考文献 248

附录 254

物理量符号一览表 254

主题词索引 258

重要物理常数 263