Introduction to Polymer Dynamics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Pierre-Gilles de Gennes

出品人:

页数:65

译者:

出版时间:1990

价格:USD 19.99

装帧:8.5 x 5.4 x 0.1 inches

isbn号码:9780521388498

丛书系列:

图书标签:

• 化学
• Polymer Dynamics
• Polymer Physics
• Rheology
• Soft Matter
• Statistical Mechanics
• Materials Science
• Chemical Engineering
• Macromolecules
• Non-equilibrium Thermodynamics
• Molecular Simulation

聚合物动力学导论 本书旨在为高分子科学、化学工程以及材料科学领域的学生和研究人员提供对聚合物动力学这一核心领域的深入理解。 聚合物动力学，作为研究聚合物链在宏观和微观尺度上运动与响应的学科，是理解和设计高性能聚合物材料的关键。本书将系统地介绍从基本理论到前沿应用的各个方面，确保读者不仅掌握理论框架，还能洞悉实际工程挑战。 第一部分：基础理论与统计力学视角 本书首先建立坚实的统计力学基础，这是理解聚合物链构象和松弛行为的基石。 1. 聚合物链的统计描述： 我们从理想链模型（如随机游走模型、自由矢量链）入手，逐步过渡到更现实的模型，如高斯自由链和芬克尔斯坦模型。详细阐述了特征长度——回转半径（Radius of Gyration, $R_g$）的物理意义及其与链长（聚合度 $N$）的关系（如幂律关系 $R_g sim N^ u$）。重点探讨了排除体积效应（Excluded Volume Effect）对链构象的影响，引入了德热内（Des Cloizeaux）和修正的蒙特卡洛方法对非理想链的模拟。 2. 构象空间与熵： 深入分析了聚合物构象空间的广阔性，并从热力学角度量化了构象熵。讨论了链段的自由体积理论，以及熵弹性（Entropic Elasticity）在橡胶网络中的应用，包括林-福格（Luo-Fogel）理论和更精确的非高斯链模型。 3. 弛豫时间与时间尺度： 动力学的核心在于时间。本书详细解析了聚合物系统中的多重时间尺度现象。引入了松弛时间（Relaxation Time）的概念，并区分了 Rouse 模型和 Zimm 模型。Rouse 模型关注无尺寸链在稀溶液中的运动，揭示了链段间相互作用对整体动力学的影响；而 Zimm 模型则将流体动力学相互作用（Hydrodynamic Interactions, HIs）纳入考量，解释了其在稀溶液中对慢模式运动的抑制作用。 第二部分：粘弹性与宏观响应 本部分将理论模型与宏观可测量的流变学特性紧密结合，是理解聚合物加工性能的关键。 4. 线性粘弹性理论： 详细介绍了粘弹性材料的本构关系，包括广义Maxwell模型和Voigt模型。重点分析了储能模量 $G'$（弹性响应）和损耗模量 $G''$（粘性响应）如何随频率（或时间）变化的机制，即粘弹性谱（Viscoelastic Spectrum）。通过时间-温度等效原理（Time-Temperature Superposition Principle, TTSP），展示了如何利用水平移动因子（Shift Factor, $a_T$）来预测材料在不同温度下的动态行为，并介绍了WLF（Williams-Landel-Ferry）方程的适用范围和参数的物理意义。 5. 聚合物熔体动力学： 熔体状态是加工过程中的主要形态。本书引入了德鲁克斯（Doi-Edwards, DE）理论和简化的“管模型”（Reptation Model）。重点阐述了链的“爬行运动”（Reptation），解释了为什么在长链聚合物熔体中，粘度 $eta_0$ 与分子量 $M$ 呈 $M^{3.4}$ 的强依赖关系。探讨了DE模型如何成功预测长链聚合物的动态模量，以及其在处理链缠结（Entanglements）方面的优势。 6. 非线性流变学： 实际加工往往涉及高剪切速率和大幅度形变。因此，本书系统介绍了非线性粘弹性响应，包括剪切速率依赖的粘度、应力松弛以及剪切诱发的各向异性。讨论了剪切诱导的链拉伸和取向效应，这对于理解纤维拉丝和薄膜挤出过程中的取向结晶至关重要。 第三部分：输运现象与扩散过程 聚合物内部的分子运动和物质传递是决定其性能耐久性和老化过程的基础。 7. 扩散与分子运动： 区分了自扩散（Self-Diffusion）和相互扩散（Mutual Diffusion）。使用Einstein关系和Mean Squared Displacement ($ ext{MSD} propto t^alpha$) 来表征链段的运动模式。详细分析了在不同物理状态下（玻璃态、橡胶态、熔体）的扩散系数变化，并引入了Cohen-Turnbull自由体积理论来解释扩散系数的激活能特性。 8. 溶剂化动力学： 讨论了聚合物链在溶剂中运动的复杂性。对比了 $ heta$ 条件、良溶剂条件和不良溶剂条件下的链扩张因子和扩散系数。重点阐述了对流扩散（Convective Diffusion）在膜分离和溶剂脱挥发过程中的作用。 第四部分：化学动力学与聚合过程 聚合物的动力学研究也延伸至其形成过程——聚合反应的实时监控。 9. 聚合反应动力学： 介绍自由基聚合、逐步聚合等常见聚合反应的速率方程。探讨了聚合过程中粘度的急剧增加（凝胶效应，Gel Effect）对反应速率和分子量分布的影响，这是聚合工程中的一个核心动力学问题。 10. 链反应的分子量分布： 详细推导并分析了不同聚合机制下（如自由基聚合）生成的聚合物分子量分布函数，如Schulz-Zimm分布。讨论了如何通过反应条件的控制来调控分散度指数（Dispersity Index, $emptyset$）。 结论与展望 本书最后总结了聚合物动力学的核心挑战，包括对瞬态动力学的精确建模、长程相关性的处理，以及将微观动力学与宏观性能（如疲劳寿命、介电响应）的精确关联。强调了计算模拟（如分子动力学模拟和蒙特卡洛模拟）在验证和扩展解析模型中的不可替代的作用。 本书的特色在于其严谨的理论推导、丰富的图表示例，以及紧密结合现代实验技术（如动态光散射、同步加速器小角X射线散射）的分析方法，为读者提供了一个全面且实用的聚合物动力学工具箱。

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