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高分子物理知识点

高分子物理是研究聚合物分子在物理场中的行为和性质的学科。

聚合物是由一些单体分子通过化学键结合而成的巨大分子，其分

子量多数达到百万或以上。高分子物理的研究范围主要包括聚合

物的物理结构、热力学性质、电学性质、机械性质、输运性质、

光学性质等方面。

一、聚合物的物理结构

聚合物的物理结构是指聚合物高分子链的构象状态。聚合物高

分子链的构象状态受到其化学结构、聚合反应的条件、处理温度

等多种因素的影响。根据高分子链形态的不同，可将聚合物的物

理结构分为直线型、支化型和交联型。

1.直线型聚合物物理结构

直线型聚合物是高分子链结构较为简单、规则的聚合物。它通

常由一根直线型链构成，其中的结构单元重复出现，链端没有分

支或交联结构。高分子的线密度、分子量和分子结构对其物理性

质有很大的影响。

2.支化型聚合物物理结构

支化型聚合物指非直线型、分子链有分支结构的聚合物。分支

结构对于聚合物的物理性质有很大的影响，由于支化结构的存在，

使得聚合物高分子链的平均距离更大，聚合物的分子间距离变大，

导致其性能发生变化。支化型聚合物化学结构和分支类型的不同，

会对聚合物的物理性质产生巨大的影响。

3.交联型聚合物物理结构

交联型聚合物是由互相交联的高分子链构成的聚合物。它们通

常具有三维结构，分子间有交联点连接。交联型聚合物的物理性

质比支化型聚合物更为复杂。不同交联密度、交联桥、交联方式

等会对其物理性质产生很大的影响。

二、热力学性质

聚合物的热力学性质主要包括相变、热力学函数、相平衡、玻

璃化转变等方面。

1.相变

相变是指物质从一个物理状态到另一个物理状态的变化。聚合

物相变通常指聚合物高分子间和高分子和外界环境间的相变。聚

合物的相变通常与聚合物的物理结构、温度和压强等相关。

2.热力学函数

热力学函数是描述物质宏观性质的基本物理量，它包括熵、焓、

自由能等，具体热力学函数的选择取决于所研究的问题和体系。

3.相平衡

聚合物在不同温度和压强下处于不同的相态平衡中，可以通过

研究相平衡来揭示聚合物的热力学性质。

4.玻璃化转变

与其它材料不同，聚合物近似于非晶体，具有特殊的玻璃化转

变现象。在聚合物的玻璃化转变过程中，会发生物理交错和链段

变化，影响聚合物的力学性质和导电性质等。

三、电学性质

聚合物具有良好的电学性质，可以被用于制备电子器件、电解

质和导电聚合物等领域。

1.电导率

电导率是指物质对电流的传导能力。聚合物电导率通常由聚合

物链的移动性和空穴浓度决定。

2.介电常数

聚合物的介电常数是指在给定的温度下，聚合物中分子间电相

互作用的能力。介电常数越大，相应材料的电场强度就越大。

3.界面电荷积累

在接触的两个相中，由于聚合物电子结构的不同，会产生电荷

转移，导致界面处电荷的积累。这种界面电荷积累可以被用于制

备合成复合材料和生物医学材料等。

四、机械性质

聚合物的机械性质包括强度、刚度、韧性、断裂弹性模量等方

面。

1.强度和刚度

聚合物高分子链的强度和刚度是决定其力学性质的重要参数，

可以通过拉伸试验等方法来研究。

2.韧性

聚合物的韧性通常取决于其化学结构、物理结构和制备工艺等

多个因素。

3.断裂弹性模量

断裂弹性模量指聚合物高分子链在破裂前受力瞬间的弹性常数，

可用来评估聚合物的力学性质。

五、输运性质

聚合物通过多种方式和介质发生质量传递和能量传递，其输运

性质也成为高分子物理的重要研究领域。

1.扩散系数

扩散系数是描述物质在介质中扩散能力的物理量。聚合物的化

学结构、物理结构、稠度、分子量和介质都会对聚合物的扩散系

数产生影响。

2.渗透系数

渗透性系数是指物质通过聚合物膜的速率，可以用来评估聚合

物在制备膜材料、分离膜材料、渗透材料等领域的应用价值。

3.电迁移率

电迁移率是指电子在聚合物内部的迁移速率，可以被用来评估

聚合物在电子学和光伏领域的应用潜力。

六、光学性质

聚合物的光学性质是指聚合物高分子链对光的吸收、散射和折

射等性质。

1.透明度

聚合物的透明度决定了它们在光学材料、显示材料、光学器件