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出版者:CRC Press

作者:Frank G. Kerry

出品人:

页数:552

译者:

出版时间:2007-2-22

价格:GBP 175.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780849390050

丛书系列:

图书标签:

• 工业气体
• 气体手册
• 工业工程
• 化学工程
• 气体处理
• 气体应用
• 气体安全
• 气体分析
• 工业设备
• 流程工业

《高分子材料科学与工程：从基础到前沿》 图书简介 《高分子材料科学与工程：从基础到前沿》是一部全面、深入探讨高分子科学与工程领域的权威性著作。本书旨在为材料科学、化学工程、高分子化学、应用化学以及相关工程技术领域的研究人员、工程师、教师和高年级本科生提供一个系统且与时俱进的学习与参考平台。本书不仅巩固了高分子科学的经典理论基础，更着重剖析了当前新兴的高性能、多功能高分子材料的最新进展及其在尖端技术中的应用。 全书结构严谨，逻辑清晰，内容涵盖了从高分子链的结构与性质、合成方法学，到加工成型、性能表征及先进功能化设计等核心环节。我们力求在保持科学严谨性的同时，兼顾工程应用的实用性，使读者能够将理论知识有效地转化为实际的材料设计与制造能力。 --- 第一部分：高分子科学的基石 第一章：高分子化学基础与分子结构 本章详细阐述了高分子化合物的基本概念，包括单体、聚合度、分子量及其分布的精确测定方法（如凝胶渗透色谱GPC、光散射法等）。深入探讨了高分子主链的构象统计力学模型，如随机行走模型与有效回旋半径的计算。重点解析了高分子链的立体化学，包括异规、间规、全同立构对材料宏观性能（如结晶度、玻璃化转变温度$T_g$）的决定性影响。同时，本章介绍了高分子凝聚态的物理化学基础，如自由体积理论与链段运动机制。 第二章：聚合反应动力学与控制 本章系统回顾了主要的聚合反应类型及其反应机理。对于自由基聚合，详细分析了引发、链增长、链转移和终止的速率常数，并阐述了各种抑制剂和链转移剂的作用。对于缩聚反应，讨论了平衡限制与反应终点的控制，以及反应过程中分子量随转化率的变化规律。 最为重要的是，本章对可控/活性聚合技术进行了深入剖析。详细介绍了可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）、原子转移自由基聚合（ATRP）及其配位-插入聚合（如Ziegler-Natta催化剂在烯烃聚合中的应用）。通过对这些先进聚合方法的动力学建模与实验验证，读者将掌握设计合成具有精确分子量、窄分散性（PDI接近1.0）以及复杂拓扑结构（如星形、刷形聚合物）的能力。 第三章：高分子材料的热力学与相态行为 本章聚焦于高分子材料的宏观热力学性质。首先建立了高分子溶液的热力学理论框架，包括Flory-Huggins溶液理论、相分离机制（如临界溶解温度UCST和LCST的预测）。接着，深入探讨了高分子固态下的相变行为。详细解析了玻璃化转变（$T_g$）的本质，利用Fox方程和WLF方程解释了增塑剂和交联密度对$T_g$的影响。对于半结晶聚合物，本章运用Flory晶体生长理论和Avrami方程分析了结晶动力学、球晶的形成与生长过程，并阐述了结晶度如何影响材料的力学性能和气体渗透性。 --- 第二部分：高分子材料的性能与加工 第四章：高分子材料的力学性能与粘弹性 本章是理解高分子材料结构-性能关系的关键。从微观层面阐述了分子链的滑移、缠结和断裂机制。力学性能部分涵盖了拉伸、压缩、弯曲和冲击测试的标准方法，并详细分析了应力-应变曲线的非线性特征。 核心内容在于粘弹性理论。本章介绍了Maxwell模型、Voigt模型及标准线性固体模型，并运用时间-温度等效原理（TTSP），通过动态力学分析（DMA）数据，构建聚合物的宽频段松弛谱，从而预测材料在不同服役温度和速率下的长期性能。同时，探讨了高分子材料的疲劳断裂与蠕变行为。 第五章：高分子加工工程与流变学 本章桥接了高分子科学与实际制造工艺。首先，系统介绍了高分子熔体和溶液的流变学特性，包括剪切变稀现象、屈服应力、以及大变形下的拉伸流变学。本章深入分析了本征粘度的分子量依赖性（Power Law）和Weissenberg效应等非牛顿流体现象。 随后，详细讨论了关键的加工工艺：挤出成型（单螺杆与双螺杆的原理、焦化与气泡控制）、注射成型（熔体流动模拟、冷却速率对缩孔和取向的影响）、以及吹塑与压延成型。重点强调了加工过程中的剪切历史、温度梯度如何诱导聚合物链的分子取向，并探讨了这种取向对最终产品机械性能（如拉伸强度）的各向异性影响。 第六章：高分子材料的物理性能表征技术 本章全面介绍了用于鉴定和量化高分子结构与性能的现代分析工具。除了分子量测定和热分析（DSC, TGA, DMA）外，重点介绍了： 光谱学技术：傅里叶变换红外光谱（FTIR）用于官能团分析和结晶度估算；核磁共振（NMR，特别是固态NMR）用于精确解析链段运动和局部结构。 显微技术：扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）在微观形貌、填料分散及相分离结构（如共混物与合金）的成像分析。动态光散射（DLS）在纳米尺度体系中的应用。 X射线衍射（XRD）：用于晶体结构、晶格常数和结晶度的定量分析。 --- 第三部分：先进高分子材料与前沿应用 第七章：高性能工程塑料与复合材料 本章聚焦于具有卓越耐热性、机械强度和耐化学腐蚀性的工程塑料，如聚醚醚酮（PEEK）、聚酰亚胺（PI）、液晶聚合物（LCP）等。深入分析了这些材料的分子结构设计如何实现其优异的性能。 复合材料部分着重于纤维增强热塑性或热固性树脂基复合材料。详细阐述了纤维与基体之间的界面粘接机理，以及复合材料的有效介质理论（如Halpin-Tsai方程）在预测宏观性能中的应用。此外，探讨了碳纳米管（CNTs）和石墨烯在聚合物基体中实现增强和导电协同增效的机制。 第八章：功能性高分子与智能材料 本章迈向高分子材料的前沿应用领域。 1. 导电与半导体聚合物：解析了共轭聚合物（如聚苯胺、PEDOT:PSS）的电荷传输机制，讨论了其在有机发光二极管（OLED）和有机光伏电池（OPV）中的器件结构与性能优化。 2. 刺激响应性材料（智能材料）：详细介绍了高分子水凝胶的溶胀/去溶胀行为，特别是pH、温度和电场响应性聚合物的合成与应用（如药物缓释系统和人工肌肉）。 3. 生物医用高分子：关注可降解聚合物（如PLA, PLGA）的体内降解动力学与生物相容性。探讨了组织工程支架的设计原则，特别是通过电纺技术构建仿生微纤维结构的方法。 第九章：高分子薄膜、膜分离技术与气体渗透性 本章专注于高分子在分离科学中的应用。详细阐述了气体渗透的溶解-扩散模型，并利用朗之万方程分析了分子尺寸、链段运动与气体选择性之间的关系。对膜分离技术进行了全面梳理，包括微孔膜、非对称膜的制备。重点讲解了渗透汽化（PV）和纳米孔膜在气体分离（如CO2捕集）和液体纯化中的最新进展及挑战，强调了膜材料的“渗透率-选择性”权衡曲线（Robeson Upper Bound）。 --- 总结与展望 本书的最终目标是培养读者从微观分子设计到宏观工程应用的全链条思维。通过对经典理论的深入梳理和对新兴技术的详尽介绍，本书为高分子材料领域的持续创新奠定了坚实的理论和实践基础。未来的发展趋势，如可持续高分子（生物基和循环利用材料）、多尺度模拟（从DFT到有限元分析）以及人工智能辅助材料发现，也将在结论部分被提及，激发读者的研究热情。

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