高分子结晶学原理

第一部分高分子的结晶热力学1

第1章高分子的分子结构特点3

1?1什么是高分子？3

1?2高分子链结构的表征4

1?3高分子内在分类结构特点6

1?3?1链的非柔顺性6

1?3?2高分子链间复杂的相互作用8

1?4高分子外在个别结构特点9

1?4?1分子量及其分布9

1?4?2链的拓扑构造10

1?4?3链的序列不规整性13

参考文献15

第2章结晶热力学和相态16

2?1有序相转变的热力学16

2?2多重有序相态18

2?3多组分体系结晶相图23

2?4晶相的结构表征25

参考文献33

第3章结晶统计热力学和平衡熔点性质36

3?1微观相互作用模型的建立36

3?2平均场统计处理计算高分子溶液的配分函数39

3?2?1格子模型和平均场假定39

3?2?2混合熵的计算40

3?2?3混合焓的计算43

3?2?4配分函数及溶液相图的计算44

3?3高分子平衡熔点的性质45

3?3?1对内在链结构特点的依赖性45

3?3?2对外在结构特点分子量的依赖性48

3?3?3对外在结构特点链序列规整性的依赖性49

3?3?4对多组分体系浓度的依赖性51

参考文献53

第4章结晶与多组分液态相分离的相互作用56

4?1溶液中的热力学相互作用56

4?2高分子溶液相分离对结晶成核的加速作用59

4?3结晶有序化相互作用对共混物相分离的增强作用69

4?4不相容体系界面对结晶成核的增强作用73

4?5单链体系中的相变及其相互作用78

4?6嵌段共聚物体系中相分离与结晶相互作用82

参考文献84

第二部分高分子结晶动力学89

第5章结晶成核动力学91

5?1成核原理及基本模式91

5?2成核动力学99

5?3成核剂和成核促进剂103

5?4链内成核模型105

参考文献109

第6章晶体生长动力学114

6?1晶体生长的基本模式114

6?1?1扩散控制生长115

6?1?2界面控制生长116

6?2高分子折叠链片晶121

6?2?1折叠链片晶模型121

6?2?2片晶的界面区128

6?2?3片晶的厚度及其来源130

6?3片晶生长动力学135

6?3?1次级成核作为速率决定步骤135

6?3?2Lauritzen?Hoffman理论138

6?3?3伸展链晶的二维生长理论142

6?3?4链内成核理论147

6?3?5其他基于非次级成核的片晶生长模型155

参考文献163

第7章高分子片晶生长的特殊动力学现象173

7?1短链整数次折叠和片晶生长自中毒现象173

7?1?1短链整数次折叠结晶173

7?1?2短链片晶生长的自中毒现象176

7?2分子量效应及二元共结晶速率184

7?2?1分子量对片晶线生长速率的影响184

7?2?2分子量效应的理论解释186

7?2?3二元链长混合物的共结晶速率188

7?3结晶分子分凝现象197

7?3?1高分子结晶的分子量分级197

7?3?2结晶分子分凝的微观动力学机制199

7?4片晶生长速率温度依赖性的regime(区域)转变现象203

7?4?1regime转变的实验观测203

7?4?2regime转变的Lauritzen?Hoffman理论解释204

7?4?3regime转变的分子模拟及链内成核理论解释206

7?5片晶生长导致的半结晶织态结构214

7?5?1半结晶织态结构的成因214

7?5?2动力学成因的分子模拟证据214

7?6溶液准一维生长的片晶线生长速率215

7?6?1恒浓溶液体系215

7?6?2恒量溶液体系216

参考文献218

第8章片晶的退火和熔化226

8?1片晶的退火增厚226

8?1?1片晶的退火效应226

8?1?2片晶增厚的分子机理230

8?1?3单层片晶增厚的动力学234

8?2片晶的可逆熔化238

8?2?1片晶可逆熔化的实验证据238

8?2?2片晶可逆熔化的分子机理240

8?3片晶的不可逆熔化243

8?3?1片晶熔化的不可逆现象243

8?3?2片晶熔化的动力学244

8?3?3片晶过热度与升温速率的标度关系249

参考文献252

第9章高分子总结晶动力学257

9?1结晶度的表征257

9?2等温结晶过程的Avrami方程处理260

9?2?1总结晶速率260

9?2?2Avrami方程260

9?2?3总结晶速率的复杂性262

9?3非等温结晶动力学263

9?3?1Ozawa理论263

9?3?2动力学结晶能力265

9?3?3直接求Avrami指数法266

参考文献266

第三部分高分子结晶形态学269

第10章高分子单晶271

10?1高分子单晶的生长习性及其演变271

10?2聚乙烯单晶(200)弯曲生长面的解释279

10?3多层片晶282

参考文献287

第11章高分子球晶290

11?1球晶的形貌表征290

11?1?1球晶形貌的演化290

11?1?2球晶的偏光显微镜表征290

11?1?3球晶的小角光散射表征294

11?2球晶的微观结构295

11?2?1球晶初期的结构295

11?2?2球晶中片晶的分枝298

11?2?3环带球晶中片晶的扭曲机制302

11?3球晶的生成机制309

11?3?1Keith?Padden理论309

11?3?2分枝生长的计算机模拟312

11?4反常球晶313

参考文献314

第12章伴随其他过程的高分子结晶形态319

12?1伴随聚合反应的高分子结晶319

12?1?1高分子结晶的几种基本模式319

12?1?2单体结晶然后聚合320

12?1?3结晶与聚合同时发生320

12?1?4先聚合紧接着结晶322

12?2取向诱导结晶324

12?2?1取向诱导结晶的原理324

12?2?2界面诱导结晶325

12?2?3拉伸诱导结晶332

12?2?4流动诱导结晶338

12?3高分子结晶冻胶344

12?3?1静态条件344

12?3?2流动或搅拌条件345

参考文献346

第四部分受限高分子结晶353

第13章无规共聚物结晶355

13?1共聚物序列结构的统计学分类355

13?1?1共聚物序列结构的统计学表征355

13?1?2三种典型的共聚物序列结构模拟356

13?2均匀型共聚物结晶358

13?2?1结晶度的定义358

13?2?2降温和升温结晶度曲线359

13?2?3共聚物结晶形貌362

13?2?4共聚物结晶的序列长度分凝现象363

13?2?5共聚单元进入晶区的影响366

13?3非均匀型共聚物结晶367

13?3?1结晶之前的相分离367

13?3?2中间组分对结晶的影响369

13?4无规共聚物结晶的特殊记忆效应371

参考文献378

第14章均聚物纳米空间受限结晶381

14?1一维纳米受限结晶381

14?1?1超薄膜中晶粒的取向381

14?1?2超薄膜Flat?on片晶生长动力学386

14?1?3超薄膜Edge?on片晶生长动力学390

14?1?4超薄膜树枝晶形貌演化393

14?2二维纳米受限结晶395

14?3三维纳米受限结晶399

参考文献401

第15章嵌段共聚物微畴受限结晶407

15?1嵌段共聚物的自组装及其结晶407

15?1?1嵌段共聚物微相分离407

15?1?2结晶驱动的嵌段共聚物自组装408

15?1?3嵌段共聚物纳米微畴中的受限结晶412

15?2层状相受限结晶416

15?2?1硬受限结晶416

15?2?2软受限结晶419

15?2?3双段结晶425

15?3柱状相受限结晶430

15?3?1硬受限结晶430

15?3?2软受限结晶431

15?4球状相受限结晶436

参考文献440

附录446

A高分子结晶的动态蒙特卡罗模拟方法446

A1格子链微松弛模型446

A2抽样方法449

参考文献450

索引452

本书从微观分子角度出发系统地介绍了高分子结晶热力学、动力学和形态学的基本概念以及当前研究进展，并重点介绍了在无规共聚物、纳米空间和嵌段共聚物自组装微畴等受限条件下高分子结晶学的研究进展，附录还介绍了作者所擅长的动态蒙特卡罗分子模拟方法。本书适合从事高分子凝聚态物理、高分子材料、高分子化学和化工、生物物理等研究和开发领域的科研人员、教师、企业技术人员、研究生和高年级本科生阅读。