全部课程 >高分子物理(56学时)    Polymer Physics

课程基本信息

课程编码:02B30203

课程类别:未设置

先修课程:有机化学;物理化学;高等数学

适用专业:材料化学;材料化学E+;材料化学中外交流班

开课院部:材料科学与工程学院

课程负责人:郭庆中
课程教学团队:
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课程展示


课程简介

《高分子物理》是材料化学专业本科生的一门学科基础必修课。高分子物理学是研究高分子材料的结构、性能以及通过微观的分子运动探讨结构和性能之间关系的一门科学。本课程的目的是使学生掌握高分子材料的结构与性能之间的内在联系及其规律,为高分子材料的利用与成型加工奠定理论基础,同时也为后续的高聚物成型加工工艺等专业课程的学习打下坚实的基础。本课程以理论与实践相结合,促使学生明晰高分子的结构与性能之间的关系,并能将所学的专业理论知识运用到生产实践中。同时,本课程能帮助学生培养其分析、解决高分子材料的设计、合成、改性、成型加工和实际应用等科学研究和生产中实际问题的能力,使学生能够适应快速发展的高分子材料研究与开发的工作。

课程教学要求

序号

专业毕业要求

课程教学要求

关联程度

1

工程知识

为高分子材料的成型加工提供理论支持。

M

2

问题分析

不同高分子材料的性能不同产生的原因,分析结构与性能之间的关系,能从内因与外因两个方面分析性能的影响因素,并做出合理的解释。

H

3

设计/开发解决方案

按照实际使用对材料的要求,合理选取材料并给出理论阐释。

H

4

研究

能通过信息综合得到合理有效的结论,例如高分子材料性能最优化,为高分子材料的合成、制备提供理论指导。

H

5

使用现代工具

 

 

6

工程与社会

 

 

7

环境和可持续发展

在材料的设计与合成时主动选择能够改善环境、促进社会可持续发展的先进工艺、先进技术。具备应对环境危机的初步能力,并采取恰当的行动。

M

8

职业规范

 

 

9

个人和团队

 

 

10

沟通

 

 

11

项目管理

 

 

12

终身学习

 

  

 

课程教学内容

章节

名称

主要内容

重难点关键词

学时

类型

绪论

1.本学科发展简史、杰出科学家及其贡献;

2.高分子材料的特点、在国民经济与高科技领域中的应用;

3.课程内容、学习方法、学习目的。

1.学科背景

2.发展历程

3.国内外现状

2

理论讲授

高分子链的结构

1.单个高分子链的基本化学结构、组成、及分类;了解化学结构与性能之间的关系;

2.构型、构象、链段、无规线团、柔顺性的概念;高分子链柔顺性的主要影响因素;

3.均方末端距的几何计算法;高分子链柔顺性的表征;晶体和溶液中的构象。

1.高分子链

2.构型

3.构象

4.柔顺性

8

理论讲授

高分子的聚集态结构能

1.内聚能密度、晶体结构的基本概念;

2.掌握聚合物非晶态、晶态、取向结构特征,取向的概念及其对性能的影响;

3.了解结晶度概念及其测定方法,晶态结构和非晶态结构的模型;

4.了解高分子共混物和复合材料的织态结构、高分子液晶的结构,理解各种结构对性能的影响。

1.结晶态

2.取向

3.结晶度

6

理论讲授

高分子溶液

1.聚合物的溶解过程与热力学分析;

2.掌握溶度参数概念及溶剂选择的规律、增塑作用;

3. Flory—Huggins 晶格模型理论:混合热、混合熵、混合自由能和化学位;

4. Ɵ 溶液,相分离及其机理;

5.了解浓溶液的重要特点及聚电解质的特点与应用。

1.溶度参数

2.高分子溶液

3.热力学

6

理论讲授

高聚物的分子量和分子量分布

1.各种平均分子量的统计意义、表达式与分子量的计算;分子量分布宽度的表示方法;

2.端基分析法、气相渗透法、渗透压法、光散射法、质谱法、粘度法测分子量的基本原理、基本公式、测试方法、所测分子量的为哪一种平均分子量;

4.GPC 的分离机理、实验方法、数据处理。

1.分子量

2.粘度法

3.凝胶渗透色谱法

6

理论讲授

聚合物的转变与松弛

1.聚合物分子热运动的主要特点;

2.模量(或形变)-温度曲线上的各种力学状态和转变所对应的分子运动情况;

3.玻璃化转变、自由体积理论、玻璃化温度的测定方法和影响因素及调节;

4.聚合物的分子结构和结晶能力的关系、等温结晶动力学方程和应用;

5.结晶聚合物的熔融过程的特点和熔点的影响因素。

1.分子运动

2.玻璃化转变

3.结晶动力学

4.熔融

6

理论讲授

橡胶弹性

1.了解橡胶弹性的特点;

2.掌握橡胶弹性本质及在受力状态下的应力、应变、温度和分子结构之间相互关系。

3.形变类型与描述

4.热塑弹性体

1.橡胶

2.高弹性

4

理论讲授

聚合物的粘弹性

1.掌握聚合物的粘弹性现象、定义和分子机理;

2.了解粘弹性的力学模型及描述对象;

3.掌握时温等效原理( WLF 方程)及应用;

4.动态粘弹性:储能模量、损耗模量、损耗角正切、对数减量之间关系。

5. 聚合物的粘弹性的研究方法。

1.粘弹性

2.时温等效原理

6

理论讲授

聚合物的屈服和断裂

1.掌握聚合物应力-应变曲线、从该曲线所能获得的重要信息,以及各种因素对应力-应变曲线影响;

2.理解屈服现象和机理,银纹、剪切带的概念,了解屈服判据;

3.掌握韧性和强度的影响 因素及增韧、增强方法和机理。

1. 应力-应变曲线

2.屈服

3.强度

6

理论讲授

聚合物的流变性

1.聚合物粘性流动的特点;

2.非牛顿流体的概念和种类及产生的原因;

3.聚合物熔体剪切粘度的主要测定方法;

4.影响高聚物熔体剪切粘度的因素;

5.聚合物熔体的弹性现象和原因。

1.流变

2.粘度

3.非牛顿流体

6

理论讲授

 

考核要求及成绩评定

序号

成绩类别

考核方式

考核要求

权重(%)

备注

1

期末成绩

期末考试

闭卷

50

百分制

2

平时成绩

分组讨论

1次

10

优、良、中、及格、不及格

3

随堂考试

2次

10

百分制

4

期中考试

1次

20

百分制

5

平时表现

出勤情况

10

2次未参加课程则无法获得学分

 

学生学习建议

一、学习方法建议

1.学习主线:高聚物的结构与性能之间的关系;

2.省级精品课课外线上学习。该学习资源位于武汉工程大学质量工程课程网站,网址为http://cai2.wit.edu.cn/;

3.在网上观看其它相关国家级或省级精品资源共享课或视频公开课。

二、学生课外阅读参考资料

1. 何曼君,陈维孝,董西侠. 高分子物理(修订版). 上海:复旦大学出版社, 2003

2.马德柱,何平笙,徐种德,周漪琴. 高聚物的结构与性能. 北京:科学出版社, 2011

3. 董炎明,胡晓兰. 高分子物理学习指导. 北京:科学出版社,2005

课程改革与建设

该课程为武汉工程大学考试改革课程,加大平时考核力度,强化学生学习的效果。在教学过程中,加强师生教学的互动性,与高分子化学与物理综合实验同步进行,加强理论知识的掌握。平时对学生的考核内容包括出勤情况、期中考试、分组讨论等方面,占期末总评的50%、期末考试成绩占期末总评的50%。

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