材料
近年來，具有各種特殊功能的高分子材料（包括生物醫用高分子、光電磁 功能高分子、高分子分離膜、吸附與分離樹脂、智慧型凝膠等）及其器件的研究與開發得到迅速發展。這正是得益於人們對高分子結構與性能關係的深刻理解，同時也為高分子物理提供了新的內容。但是，鑒於 功能高分子的基礎研究還沒有形成比較完整的體系。
結構特點
高分子與低分子的區別在於前者相對分子質量很高，通常將相對分子質量高於約1萬的稱為高分子，相對分子質量低於約1000的稱為低分子。相對分子質量介於高分子和低分子之間的稱為 低聚物（又名齊聚物）。一般高聚物的相對分子質量為10^4~10^6，相對分子質量大於這個範圍的又稱為超高相對分子質量聚合物。
高分子化合物的主要結構特點是：
（1） 相對分子質量大，相對分子質量往往存在著分布；
（2） 分子間相互作用力大；分子鏈有柔順性；
（3） 晶態有序性較差，但非晶態卻具有一定的有序性。
高分子的結構是非常複雜的，整個高分子結構是由不同層次所組成的，可分為三個主要結構層次。
由於高分子結構的特點，使高分子具有如下基本性質： 比重小，比強度高，彈性，可塑性，耐磨性，絕緣性，耐腐蝕性，抗射線。
此外，高分子不能氣化，常難溶，粘度大等特性也與結構特點密切相關。
中英文
英文中“高分子”或“高分子化合物”主要有兩個詞，即polymers和Macromolecules。前者又可 譯作聚合物或高聚物；後者又可譯作大分子。這兩個詞雖然常混用，但仍有一定區別，前者通常是指有一定重複單元的合成產物，一般不包括 天然高分子，而後者指相對分子質量很大的一類化合物，它包括天然和合成高分子，也包括無一定重複單元的複雜大分子。
高分子結晶
一、高分子結晶的形態和結構
聚合物的基本性質主要取決於鏈結構，而高分子材料或製品的使用性能則很大程度上還取決於加工成型過程中形成的聚集態結構。聚集態可分為晶態、非晶態、取向態、液晶態等，晶態與非晶態是高分子最重要的兩種聚集態。結晶形態主要有球晶、單晶、伸直鏈晶片、纖維狀晶、串晶、樹枝晶等。球晶是其中最常見的一種形態。各種結晶形態的形成條件列於表2－1，照片示於圖2.1中。表2-1 高分子主要結晶形態的形狀結構和形成條件（圖2）以上結晶形態都是由三種基本結構單元組成，即無規線團的非晶結構、摺疊鏈晶片和伸直鏈晶體。所以結晶形態中都含有非晶部分，是因為高分子結晶都不可能達到100％結晶。
五種典型的結晶形態：
（a）球晶 （b）單晶 （c）伸直鏈片晶 （d）纖維狀晶 （e）串晶
描述晶態結構的模型主要有：
（1）纓狀微束模型，（2）摺疊鏈模型，（3）插線板模型。
摺疊鏈模型適用於解釋單晶的結構，而另兩個模型更適合於解釋快速結晶得到的晶體結構。
描述非晶態的模型主要有：
（1）無規線團模型，（2）兩相球粒模型。
總之模型的不同觀點還在爭論中。對非晶態，爭論焦點是完全無序還是局部有序；對於晶態，焦點是有序的程度，是大量的近鄰有序還是極少近鄰有序。
高分子晶體在七個晶系中只有六個，即不會出現立方晶系（由於高分子結構的複雜性）。常見的是正交晶系（如聚乙烯）和單斜晶系（如聚丙烯），各均占30％。
高分子在晶胞中呈現兩種構象，即平面鋸齒形構象（PZ，以PE為例）和螺鏇形構象（H，以PP為例）。通過晶胞參數可以計算完全結晶的密度：
一種高分子可能由於結晶條件不同而產生不同晶胞，稱同質多晶現象。
二、 高聚物的結晶能力與結晶過程
總的來說，影響結構過程的內部因素是聚合物必須具有化學結構的規則性和幾何結構的規整性才能結晶。典型例子如下：
聚乙烯、聚偏氯乙烯、聚異丁烯、聚四氟乙烯、反式聚丁二烯、全同聚丙烯、全同聚苯乙烯等易結晶。無規聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、順式聚丁二烯、乙烯丙烯無規共聚物等不結晶。聚氯乙烯為低結晶度。天然橡膠在高溫下結晶。
此外柔性好和分子間作用力強也是提高結晶能力的因素，前者提高了鏈段向結晶擴散和排列的活動能力，後者使結晶結構穩定，從而利於結晶，典型例子是尼龍（由於強的氫鍵）。
而影響結晶過程的外界因素主要有：
（1）溫度（理解為提供熱能）；
（2）溶劑（提供化學能），稱溶劑誘導結晶；
（3）應力或壓力（提供機械能），稱應力誘導結晶；
（4）雜質（成核或稀釋）。
（圖3）
高分子物理三、 結晶度
結晶性高聚物與結晶高聚物是兩個不同的概念，有能力結晶的高聚物稱為結晶性高聚物，但由於條件所限（比如淬火），結晶性高聚物可能還不是結晶高聚物，而是非晶高聚物，但在一定條件下它可以形成結晶高聚物。高分子結晶總是不完全的，因而結晶高分子實際上只是半結晶聚合物（semi-crystalline polymer）。用結晶度來描述這種狀態，其定義是：
（圖4）結晶度和結晶尺寸均對高聚物的性能有著重要的影響。
（1）力學性能：
結晶使塑膠變脆（衝擊強度下降），但使橡膠的抗張強度提高。
（2）光學性能
結晶使高聚物不透明，因為晶區與非晶區的界面會發生光散射。減小球晶尺寸到一定程度，不僅提高了強度（減小了晶間缺陷）而且提高了透明性（當尺寸小於光波長時不會產生散射）。
（3）熱性能
結晶使塑膠的使用溫度從 提高到 。
（4）耐溶劑性、滲透性等得到提高，因為結晶分子排列緊密。
淬火或添加成核劑能減小球晶尺寸，而退火用於增加結晶度，提高結晶完善程度和消除內應力。
四、 結晶熱力學
與小分子不同，高分子的結晶熔融發生在一個較寬的溫度範圍，稱“熔限”。但高分子結晶化和晶體熔融仍是一個熱力學相變過程，達到平衡時有：（圖5）
五、 高聚物的取向態結構
無論結晶或非晶高聚物，在外場作用下（如拉伸力）均可發生取向（orientation），取向程度用取向函式 表示：
（圖6）
六、 高聚物的液晶態結構
高分子液晶（liquid crystal）態是在熔融態或溶液狀態下所形成的有序流體的總稱，這種狀態是介於液態和結晶態的中間狀態。
（1）按分子排列方式分為近晶型、向列型和膽甾型，它們存在一維至二維的有序結構。
（2）按生成方式分為熱致性液晶和溶致性液晶，前者通過加熱在一定溫度範圍內（從Tm到清亮點）得到有序熔體，後者在純物質中不存在液晶相，只有在高於一定濃度的溶液中才能得到。
（3）按介晶元在分子鏈中的位置可分為主鏈型液晶和側鏈型液晶。液晶有特殊的黏度性質，在高濃度下仍有低黏度，利用這種性質進行“液晶紡絲”，不僅極大改善了紡絲工藝，而且其產品具有超高強度和超高模量，最著名的是稱為凱夫拉（kevlar）纖維的芳香尼龍。高分子側鏈液晶的電光效應還用於顯示。
七、 共混高聚物的織態結構
實際高分子材料常是多組份高分子體系或複合材料，這裡只討論高分子與高分子的混合物，通稱共混高聚物（polyblend or blend），它們是通過物理方法將不同品種高分子摻混在一起的產物，由於共混高聚物與合金有許多相似之處，也被人形象地稱為“高分子合金”。共混的目的是為了取長補短，改善性能，最典型的用橡膠共混改性塑膠的例子是高抗沖聚苯乙烯和ABS（有共混型或接枝型）。高分子混合物很難達到分子水平的混合，因為根據熱力學相容的條件（圖7）
何曼君版
何曼君版同名書籍
何曼君第三版
何曼君修訂版參考教材
《高分子物理》 何曼君 復旦大學出版社 《高分子物理》 劉鳳岐、湯心頤 高等教育出版社
新版信息
高分子物理書 名: 高分
子物理
作者：王德海
出版社：化學工業出版社
出版時間： 2010年9月1日
ISBN: 9787122086679
開本： 16開
定價: 25.00元
內容簡介
《高分子物理》以高分子結構為基礎，從高分子結構運動變化規律的角度介紹高分子物理的基本概念和基本理論，揭示“聚合物結構?分子運動?性能”之間的聯繫，使高分子物理的原理更容易理解、掌握。全書共分8章，包括4個部分：高分子結構層次劃分；高分子結構變化（運動）規律；高分子性能與結構運動的關係；高分子的表征。
《高分子物理》可用作高等院校高分子類專業本科及專科教材，也可供從事高分子科研、生產的技術人員參考。
圖書目錄
第1章 緒論1
1.1 由小分子到高分子1
1.2 高分子結構的特點2
1.3 高分子性能的特點3
1.4 高分子物理的研究內容3
思考題4
第2章 高分子鏈的結構5
2.1 近程結構5
2.1.1 鍵屬性5
2.1.2 成鏈元素（化學組成）8
2.1.3 單體的鍵接11
2.1.4 鏇光異構(空間立構)12
2.1.5 幾何異構(順反異構)13
2.1.6 側基與端基15
2.1.7 支化與交聯15
2.1.8 共聚物的結構17
2.2 遠程結構19
2.2.1 分子量的大小與分布19
2.2.2 鏈的形態——柔順性23
思考題39
附錄1 “無規行走”的統計計算39
附錄2 自由鏇轉鏈的幾何計算42
第3章 聚合物的聚集態結構(結晶)43
3.1 聚合物的分子間作用力43
3.1.1 取向力44
3.1.2 誘導力44
3.1.3 色散力44
3.1.4 氫鍵45
3.1.5 內聚能及內聚能密度46
3.2 晶體的基本概念47
3.2.1 空間點陣、晶胞和晶系47
3.2.2 晶面和晶面指數48
3.3 聚合物結晶結構49
3.3.1 高分子晶型49
3.3.2 晶體中分子鏈的構象50
3.3.3 聚合物的結晶形態53
3.3.4 聚合物晶相結構模型57
3.4 聚合物的結晶過程60
3.4.1 聚合物的結晶速率60
3.4.2 影響結晶的因素62
3.5 結晶聚合物的熔融65
3.5.1 聚合物的熔融特點65
3.5.2 結構對熔點的影響66
3.5.3 結晶條件對熔點的影響67
3.5.4 不完善結晶68
3.6 高分子液晶70
3.6.1 液晶的結構特徵70
3.6.2 高分子液晶的套用72
思考題72
第4章 聚合物的聚集態結構(非晶及多相結構)73
4.1 非晶態聚合物的結構特徵73
4.2 非晶結構模型74
4.2.1 無規線團模型74
4.2.2 摺疊鏈纓狀膠束粒子模型74
4.3 聚合物的取向結構76
4.3.1 取向機理76
4.3.2 取向的表征78
4.3.3 高分子取向的實際套用79
4.4 高分子溶液81
4.4.1 高分子?溶劑的相互作用81
4.4.2 高分子稀溶液83
4.4.3 聚電解質溶液94
4.4.4 高分子濃溶液94
思考題96
第5章 聚合物分子運動與結構轉變97
5.1 聚合物的運動單元及運動特性97
5.1.1 運動的結構基礎97
5.1.2 運動的外界因素99
5.1.3 高分子運動的動力學特性102
5.2 聚合物的熱運動與力學狀態102
5.3 次級弛豫與玻璃態105
5.4 鏈段解凍與 玻璃化轉變106
5.4.1 自由體積理論106
5.4.2 影響玻璃化溫度的因素108
5.5 鏈段運動與高彈形變113
5.5.1 橡膠態形變的熱力學分析114
5.5.2 橡膠彈性的統計理論116
5.6 分子鏈的相對位移與黏性流動119
5.6.1 聚合物黏性流動的特點119
5.6.2 影響黏流溫度的因素120
5.6.3 剪下流動122
5.6.4 拉伸流動131
5.7 黏彈性?運動的弛豫本質132
5.7.1 流體的彈性現象132
5.7.2 固體的黏性134
5.7.3 線性黏彈性的數學描述135
5.7.4 影響聚合物黏彈行為的因素143
思考題144
第6章 聚合物的力學性能146
6.1 基本概念146
6.1.1 應力和應變146
6.1.2 彈性模量147
6.1.3 泊松比147
6.1.4 強度148
6.2 聚合物的拉伸行為149
6.3 聚合物的破壞151
6.3.1 聚合物的理論強度151
6.3.2 脆性斷裂和韌性斷裂152
6.3.3 聚合物的脆?韌轉變及其影響因素153
6.4 聚合物力學性能的影響因素155
6.4.1 近程結構的影響155
6.4.2 分子量的影響156
6.4.3 結晶的影響156
6.4.4 共混、共聚、填充的影響156
6.4.5 外力作用速度和溫度的影響157
思考題158
第7章 聚合物的其他性能159
7.1 高分子材料的電學性能159
7.1.1 聚合物的極化和介電性能159
7.1.2 聚合物的靜電現象163
7.2 高分子材料的光學性能165
7.2.1 聚合物對光的吸收和透射165
7.2.2 聚合物對光的折射165
思考題167
第8章 聚合物分析測試技術168
8.1 聚合物化學結構分析169
8.1.1 紅外光譜169
8.1.2 核磁共振172
8.1.3 X射線光電子能譜（XPS）分析174
8.2 聚合物凝聚態結構分析175
8.2.1 X射線衍射（XRD）分析176
8.2.2 熱分析178
8.2.3 顯微分析180
8.3 聚合物分子運動分析185
思考題186
參考文獻187
通用教材
書名:高分子物理(高等學校通用教材)
ISBN:781077672
作者:過梅麗//趙得祿
出版社: 北京航空航天大學出版社
定價:33
頁數:381
出版日期:2005-9-1
版次:1
開本:16開
包裝:平裝
簡介:本書系統地介紹高分子物理的基本理論，即高聚物的結構、分子運動與性能和行為之間的關係，突出高聚物區別於金屬、陶瓷和其他低分子物質的特點。內容涉及力、熱、電及光學等性能，但從航空航天材料科學與工程的需要出發，以力學性能為主，兼顧其他性能。本書由基礎和提高(帶*號)兩大部分構成，以適應不同層次專業對高分子物理的教學要求。基礎部分重在基本概念、基本理論及基本研究方法；提高部分涉及一些理論推導。
本書可作材料科學和工程類專業的教材，也可供高分子材料科學與工程技術人員參考。
目錄:
目錄 第一篇 高聚物的結構
第1章 概述
1.1 高聚物分子內和分子間的相互作用7
1.1.1 化學鍵7
1.1.2 范德華力和氫鍵8
1.1.3 內聚能9
1.2 凝聚態的概念10
1.3 高聚物結構的研究內容12
習題13
第2章 高分子鏈結構
2.1 化學組成14
2.2 構型17
2.2.1 鍵接異構17
2.2.2 鏇光異構18
2.2.3 幾何異構21
2.3 線形、支化和交聯21
2.4 共聚物的序列結構24
2.5 高分子鏈近程結構研究方法概述26
2.6 分子量及其分布27
2.6.1 平均分子量28
2.6.2 分子量分布30
2.6.3 分子量和分子量分布測定方法概述32
2.7 構象33
2.7.1 小分子的內鏇轉33
2.7.2 高分子鏈的構象與柔性36
2.7.3 影響高分子鏈柔性的因素37
2.7.4 高分子鏈柔性的表征40
2.8 高分子鏈構象統計簡介42
2.8.1 高斯鏈統計線團42
2.8.2 高分子鏈均方末端距的幾何計算44
2.8.3 高分子鏈柔性/剛性的表征47
2.8.4 高分子鏈形狀與尺寸計算舉例49
習題50
第3章 高分子凝聚態結構
3.1 晶態結構53
3.1.1 晶體中的鏈構象53
3.1.2 晶胞結構55
3.1.3 結晶能力56
3.1.4 結晶形態58
3.1.5 結晶度和晶片厚度64
3.1.6 結晶動力學67
3.1.7 熔融熱力學76
3.2 非晶態結構84
3.3 取向態結構88
3.3.1 取向單元88
3.3.2 取向方式89
3.3.3 取向度的概念和測定方法91
3.4 液晶態結構94
3.4.1 關於液晶的幾個基本概念94
3.4.2 液晶高分子鏈的結構及排列98
3.4.3 高分子液晶特點概述100
3.4.4 向列型高分子液晶的流動性101
3.4.5 研究高分子液晶常用方法概述103
3.5 共混高聚物的結構103
3.5.1 混溶性與相容性104
3.5.2 非均相共混高聚物的結構106
3.5.3 橡膠增韌塑膠舉例108
3.5.4 熱塑性彈性體舉例109
3.6 高聚物製品中凝聚態結構的複雜性110
*3.7 單鏈凝聚態簡介114
3.7.1 單鏈單晶114
3.7.2 單鏈玻璃115
習題115
第二篇 高聚物的分子運動及力學狀態
第4章 高分子熱運動特點及高聚物力學狀態
4.1 高分子熱運動的特點121
4.2 高聚物的力學狀態123
4.2.1 非晶態線形高聚物123
4.2.2 部分結晶高聚物125
4.2.3 交聯高聚物126
4.3 玻璃化轉變126
4.3.1 玻璃化轉變現象與特點126
4.3.2 玻璃化轉變理論128
4.3.3 影響 玻璃化轉變溫度的因素131
4.4 橡膠態—粘流態轉變144
4.4.1 流動機理144
4.4.2 流動溫度145
4.5 高聚物玻璃態和晶態的分子運動146
4.6 高聚物耐熱性概述149
*4.7 玻璃化轉變自由體積理論的推導150
4.7.1 FoxFlory理論150
4.7.2 SimhaBorer理論151
習題151
第三篇 高聚物的性能
第5章 彈性和粘性的概念
5.1 彈性155
5.1.1 彈性模量與泊松比155
5.1.2 柔量159
5.2 粘性159
5.2.1 液體的流動方式159
5.2.2 粘度的概念160
5.2.3 流動應變對應力回響的時間依賴性161
習題162
第6章 高聚物的高彈性
6.1 高彈性的特點163
6.2 平衡高彈形變的熱力學分析165
*6.3 平衡高彈形變的統計理論167
*6.4 高彈形變的唯象理論171
習題172
第7章 高聚物的粘彈性
7.1 粘彈性的概念174
7.2 靜態粘彈性175
7.2.1 蠕變175
7.2.2 應力鬆弛178
7.2.3 影響蠕變和應力鬆弛的因素181
7.3 動態粘彈性188
7.3.1 表征材料動態粘彈性的基本參數188
7.3.2 DMA溫度譜192
7.3.3 DMA頻率譜200
7.3.4 DMA時間譜202
7.4 玻耳茲曼疊加原理與時溫疊加原理204
7.4.1 玻耳茲曼疊加原理204
7.4.2 時溫疊加原理206
*7.5 鬆弛時間譜和推遲時間譜209
*7.6 動態力學試驗方法211
*7.7 ΔW和Ws計算公式的推導216
習題217
第8章 高聚物的屈服與斷裂
8.1 應力應變曲線220
8.2 屈服222
8.2.1 高聚物屈服的特徵222
8.2.2 冷拉224
8.2.3 剪下帶和銀紋227
8.3 斷裂與強度231
8.3.1 斷裂模式231
8.3.2 斷裂過程和斷面形貌231
8.3.3 理論強度與實際強度235
8.3.4 格里菲思脆性斷裂理論236
8.3.5 斷裂的分子理論238
8.3.6 衝擊強度239
8.4 影響高聚物強度和韌性的因素240
8.4.1 結構因素的影響240
8.4.2 外界條件的影響247
8.5 高聚物其他斷裂模式概述248
習題252
第9章 聚合物熔體的流變性
9.1 高聚物熔體的非牛頓性254
9.1.1 牛頓流體與非牛頓流體254
9.1.2 高聚物熔體粘性切流動的特點257
9.2 聚合物熔體切粘度260
9.2.1 熔體切粘度的測定方法260
9.2.2 影響聚合物熔體切粘度的因素263
9.3 高聚物熔體的彈性表現270
9.3.1 法向應力效應271
9.3.2 應力過沖和可回復切變272
9.3.3 擠出脹大274
9.3.4 不穩定流動276
9.3.5 動態切粘度277
*9.4 拉伸粘度278
*9.5 WLF方程的推導280
習題282
第10章 高分子溶液
10.1 高聚物的溶解284
10.1.1 溶解過程284
10.1.2 溶度參數285
10.1.3 溶劑選擇原則289
10.1.4 高分子鏈在溶液中的形狀290
10.2 柔性鏈高分子溶液熱力學292
10.2.1 理想與非理想溶液292
10.2.2 FloryHuggins似晶格模型理論293
10.2.3 FloryKrigbaum稀溶液理論295
10.2.4 高分子溶液理論的套用與實驗檢驗296
10.2.5 聚合物共混熱力學298
10.3 高分子溶液的相分離298
10.3.1 高分子溶液相分離概述298
10.3.2 高聚物的分級300
10.3.3 共混高聚物的相分離301
10.4 交聯高聚物的溶脹302
10.4.1 溶脹平衡熱力學302
10.4.2 溶脹理論的套用304
10.5 聚電解質溶液304
10.6 聚合物分子量及其分布的測定306
10.6.1 端基分析法306
10.6.2 沸點升高和冰點降低法306
10.6.3 滲透壓法307
10.6.4 粘度法307
10.6.5 光散射法312
10.6.6 凝膠滲透色譜法314
*10.7 FloryHuggins理論中ΔSM和ΔHM的推導320
習題323
第11章 高聚物的電學和光學性質
11.1 介電性326
11.1.1 介電極化326
11.1.2 介電係數328
11.1.3 介電鬆弛329
11.1.4 影響介電係數和介電損耗的結構因素334
11.1.5 駐極體和熱釋電性336
11.1.6 壓電性、焦電性和鐵電性337
11.1.7 介電擊穿339
11.1.8 靜電現象341
11.1.9 介電性的套用344
11.2 導電性345
11.2.1 電導率和電阻率的測定方法345
11.2.2 導體、半導體和絕緣體的主要區別347
11.2.3 高聚物絕緣體347
11.2.4 高聚物半導體和導體349
11.3 光學性質356
11.3.1 透明性356
11.3.2 折射率357
11.3.3 球晶黑十字消光圖的形成359
11.4 非線性光學的概念359
習題361
綜合性思考題362
附錄A部分SI單位363
附錄B符號意義368
參考文獻381
