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高分子物理实验(第2版)(“十一五”国家重点图书、普通高等教育“十一五”国家级规划教材)

高分子物理实验(第2版)
高分子物理实验(第2版)(“十一五”国家重点图书、普通高等教育“十一五”国家级规划教材)
作者:杨海洋 朱平平 何平笙(编著)

图书详细信息:
ISBN:978-7-312-02176-3
定价:33.00元
版本:2
装帧:平装
出版年月:200810
丛书名称:中国科学技术大学精品教材

图书简介:

  本书充分体现了中国科学技术大学高分子物理实验教学的特色。结合近十年的教学研究和精品课程建设实验,作者把教学研究成果、科研成果、新概念、新规律和新实验事实融入到实验内容中,在第1版的基础上全面修订了本书。全书分实验、数据记录及实验报告、常用数据表三大部分,包括计算机模拟、结构分析、分子运动、力学行为、流动行为和溶液、电学、热学性能的24个实验凸显了聚合物的特性以及该校实验教学的独创性。每个实验均配套有“数据记录实验报告”。
  本书适合于高等学校高分子学科的本科生教材,也可供该学科研究生教学及从事高分子科学研究工作的人员参考。

前言:

第 2 版 序 言

  自2002年本书初版以来,本教材已有6届高分子专业学生使用,受到广泛好评,2005年获校优秀教材一等奖,并得到国内高分子同行的认可,被一些兄弟院校选作主要教学参考书。另外本书作为“全面提升高分子物理重点课程的教学质量”教研成果的重要组成部分,获2005年国家级教学成果二等奖。2005年本书被教育部列入普通高等教育“十一五”国家级教材规划选题,重新修订出版。“高分子物理实验”课也被评为2006年安徽省精品课程。
  近年来高分子学科发展迅速,尤其在高分子凝聚态基本物理问题领域成果显著,这些理应在课程教学中得到及时反映,加上高分子学科本身年轻,许多基本问题的本质也在逐步清晰中。因此,即使是阶段性的研究进展也有必要介绍给学生。作者近几年在精品课程建设中作了大量创新、细致而持久的工作,取得的教学研究成果,都及时融入到了本课程教学之中。
  (1)把教学研究成果融入教材内容
  作者倡导“教学需要研究”的理念,并用于实验教学课程,其中包括实验的选题、模式到具体的内容。
  大分子链的构象、形态是高分子特有的问题,也是教学的重点和难点之一。为让学生对大分子链构象形态问题有直观、形象、透彻的了解,作者在国内首先把计算机技术用于高分子物理教学实验,开发出多个高分子物理的计算机实验,是高分子物理实验教学的创新模式。在初版“用‘分子模拟’软件构建聚乙烯、全同立构聚丙烯分子并计算它们末端的直线距离”和“用‘分子模拟’软件计算聚丙烯酸甲酯的构象能量”两个实验基础上,第2版增加了“二维高分子链形态的计算机模拟”等三个计算机实验(实验三、四、五)。
  在屏幕上直接构建(合成)高分子长链,直观展现链的内旋转过程,计算链尺寸与分子量的标度关系,验证诺贝尔奖获得者的工作,特别是展示大分子链如何在熵驱动下穿越受限管道,深刻体会熵这个概念的重要性,这些都是实体分子模型和课堂教学不可能达到的效果。不但学生欢迎,也被同行所重视。通过提供电脑程序源代码、发表介绍实验内容的论文和召开研讨班作示范教学,有关的计算机实验已被国内多所高校所采用。
  黏度法测分子量是高分子物理的基本实验技术,然而高分子在黏度计毛细管壁的吸附以及吸附所导致的溶液浓度的改变、毛细管半径的变化以及毛细管界面性质的变化非常复杂,甚至使溶液的比浓黏度对浓度作图不再满足线性关系。经作者对此实验的多次改进,不但消除了这些影响,而且进一步确立了黏度法是研究和表征高分子链间相互作用的一种简便方法。“高分子溶液黏度测定的实验改进及黏度法对高分子间相互作用的分析和表征”获2003年中国分析测试协会科学技术三等奖,发表在《化学通报》上的“黏度法研究高分子溶液行为的实验改进(Ⅱ)”也获第三届《化学通报》优秀论文奖。相关内容在第2版实验十九、实验二十中都得到了充分反映。
  本教材中每个实验后的参考文献中基本都包括反映作者教学研究成果的论文。
  (2)把科研成果融入教材内容
  我们创建了研究热固性树脂和树脂基复合材料固化的动态扭振法,即用动态力学的方法通过测定力学量的变化来研究化学反应过程,很有新意。作者及时将这一科研成果开发成学生实验,用于教学,取得了很好的教学效果,对学生更深刻地理解高分子物理中的基本概念帮助很大。
  同样,主要根据我们自己的科研工作,作者开发了“受限空间中高分子链穿越纳米管道的Monte Carlo模拟”实验(实验四),模拟受限空间中的高分子链如何在熵驱动下穿越纳米管道,涉及高分子物理中高分子尺寸、构象熵等基本概念和知识点。此外,高分子链穿越的动力学过程与化学反应动力学过程具有相似性也是学生感兴趣的问题。
  大分子自组装是一种以高分子为组装单元的超分子行为,属于超分子化学和高分子科学的交叉前沿学科,而其中嵌段共聚物的自组装则是大分子自组装领域的主流。为了让学生及时了解此领域的研究成果,作者把本专业的科研成果转化成教学实验,开发了“使用Monte Carlo方法观察受限状态下嵌段聚合物的自组装结构”实验(实验五)。此实验的开设对学生深入理解高分子凝聚态结构、高分子之间相互作用、微观相分离等知识点有直观的帮助。
  (3)把新概念、新规律和新实验事实融入教材内容
  例如,现有的实验中往往是利用球晶的光学性质来观测球晶(偏光显微镜、小角激光光散射),不够直观。目前已经可以用原子力显微镜(AFM)原位研究球晶的生长过程和形态,直观地观察一个原始晶核发展成一个片晶,片晶再逐渐形成一捆束状片晶簇,最终形成球状结构。虽然目前还不能采用原子力显微镜开设教学实验,但相关内容已在本教材中作了介绍(实验七)。
  此外,对在一般设备上做的有关高分子材料加工的实验已被改写为更能揭示聚合物特点、反映聚合物流变性能的实验,如“聚丙烯熔体黏度和挤出胀大的测定”(实验二十四)。
  为了帮助学生加深对实验内容及相关知识点的理解和掌握,也为了实验数据记录更为规范,数据处理更为严格,本教材对每个实验都制定了实验报告样本(数据记录及实验报告),供教学使用。此外,书后还附有常用数据表,供学生及读者使用。
  我们的实验教学及教学研究动态,已经悉数刊登在http://www.bb.ustc.edu.cn/jpkc教学平台上,也可通过我们公开发表的有关“高分子物理实验”和“高分子物理”的教学研究论文查阅。有关“高分子物理实验”的教学研究论文如下:
  1.朱平平,杨海洋,何平笙.“高分子物理实验”精品课程建设的探索
  2.Yang Haiyang, Li Hao, Zhu Pingping, et al. A novel method for determining the viscosity of polymer solution
  3.杨海洋,严宇亮,朱平平,等.黏度法研究高分子溶液行为的实验改进
  4.杨海洋,张胡铭,徐小云,等.毛细管表面疏水改性对黏度测定的影响
  5.杨海洋,李浩,朱平平,等.黏度法研究高分子溶液行为的实验改进(Ⅱ)
  6.杨海洋,朱平平,任峰,等.黏度法研究高分子溶液行为的实验改进
  7.杨海洋,易院平,朱平平,等.二维高分子链形态的计算机模拟
  8.何平笙,李春娥.高分子物理实验课初探
  9.何平笙,杨小震.“分子的性质”软件用于高分子科学教学实验
  由于编者水平有限,书中不妥之处,敬请读者批评指正。

杨海洋,朱平平,何平笙
2007年10月于中国科学技术大学

 

目录:

总序

第2版序言

第1版序言

实验部分
实验一 用“分子模拟”(MP)软件构建全同立构聚丙烯分子、聚乙烯分子并计算它们末端的直线距离
实验二 用“分子模拟”(MP)软件计算聚丙烯酸甲酯的构象能量
实验三 二维高分子链形态的计算机模拟
实验四 受限空间中高分子链穿越纳米管道的 Monte Carlo 模拟
实验五 使用Monte Carlo方法观察受限状态下嵌段聚合物的自组装结构
实验六 密度梯度管法测定聚合物的密度和结晶度
实验七 偏光显微镜法观察聚合物的球晶形态并测定球晶的径向生长速率
实验八 用小角激光散射图像仪测定聚合物球晶尺寸
实验九 合成纤维取向度的测定
实验十 膨胀计法测定聚合物的玻璃化转变温度
实验十一 聚合物的形变温度-曲线
实验十二 用差示扫描量热法观测聚合物的热转变
实验十三 动态扭振法测定热固性树脂的固化曲线
实验十四 动态黏弹谱仪测定聚合物的动态力学性能
实验十五 动态振簧法测定聚合物的动态力学性能
实验十六 聚合物的应变软化和细颈
实验十七 聚合物的银纹现象
实验十八 聚合物体积电阻系数和表面电阻系数的测定
实验十九 稀溶液黏度法测定聚合物的分子量
实验二十 乌式黏度计仪器常数的测定及动能校正
实验二十一 溶胀平衡法测定交联聚合物的交联度
实验二十二 逐步沉淀分级法
实验二十三 体积排除色谱法测定聚合物的分子量分布
实验二十四 聚丙烯熔体黏度和挤出胀大的测定

数据记录及实验报告
实验一
实验二
实验三
实验四
实验五
实验六
实验七
实验八
实验九
实验十
实验十一
实验十二
实验十三
实验十四
实验十五
实验十六
实验十七
实验十八
实验十九
实验二十
实验二十一
实验二十二
实验二十三
实验二十四

附录 常用数据表
表1 常见聚合物名称和英文缩写
表2 聚合物的玻璃化温度(Tg)
表3 结晶性聚合物的密度
表4 常用配置密度梯度管的轻液和重液
表5 结晶聚合物的熔点(Tm)
表6 纤维性能
表7 高分子溶剂分子相互作用参数(χ1)
表8 聚合物的θ 溶剂和θ 温度
表9 一些聚合物的溶剂和非溶剂
表10 聚合物分级用的溶剂和沉淀剂
表11 聚合物特性黏数分子量关系[η]=KMa参数表
表12 能溶解聚合物的非溶剂混合物(δ为溶度参数)
表13 水的密度和黏度
表14 1836稀释型乌氏黏度计毛细管内径与适用溶剂(20℃)



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