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出版者:化学工业出版社

作者:刘海涛

出品人:

页数:501

译者:

出版时间:2003-1

价格:35.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502545215

丛书系列:

图书标签:

• 无机材料
• 材料合成
• 化学合成
• 固体化学
• 材料科学
• 纳米材料
• 晶体生长
• 粉体材料
• 制备方法
• 材料工艺

《高分子化学基础与应用》 第一章 绪论：高分子科学的广阔天地 高分子，这一由无数小分子通过聚合反应连接而成的宏观物质，是现代工业、农业、医学乃至日常生活中不可或缺的关键材料。它们以其独特的结构、多样的形貌和可调控的性能，深刻地影响着人类社会的方方面面。本章旨在为读者构建一个宏观的认知框架，介绍高分子科学的诞生、发展历程及其在当前科技前沿中的核心地位。我们将探讨高分子是如何从天然纤维素、橡胶等自然产物中被系统认识，并最终发展成为一门精密的化学工程学科。重点将放在理解高分子的基本概念，如单体、聚合物、聚合度（分子量）的意义，以及高分子材料与小分子材料在本质上的区别。通过对历史案例的分析，读者将领略到从基础理论探索到工程化应用实现过程中所经历的关键突破。 第二章 聚合反应的理论基石 聚合反应是高分子合成的核心驱动力。本章深入剖析驱动高分子链生长的两大主要机制：逐步聚合（缩聚和加聚）与链式聚合（自由基、离子型、配位聚合）。 逐步聚合（Step-Growth Polymerization）： 重点阐述官能团反应动力学，如何利用如二元酸与二元醇的缩聚反应构建聚酯，或二元胺与二异氰酸酯反应构建聚氨酯。我们将详细解析分子量随转化率变化的统计学规律（如Carothers方程），强调反应终点控制和副反应对最终产品性能的影响。 链式聚合（Chain-Growth Polymerization）： 深入探讨引发、增长和终止三个关键步骤的微观机理。尤其关注自由基聚合，分析引发剂的选择、链转移现象、以及对聚合速率和分子量分布的控制策略。对于离子型聚合（如卡宾阳离子或烯醇负离子），我们将比较其在活性控制方面的优势与挑战。 活性/可控自由基聚合（CRP）： 介绍原子转移自由基聚合（ATRP）、可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）等前沿技术。这些方法极大地拓展了我们对高分子结构精确控制的能力，使得合成具有预设拓扑结构和窄分子量分布的“智能”聚合物成为可能。 第三章 高分子的结构与形貌 高分子的宏观性能与其微观结构紧密相关。本章将高分子结构层次解构为从原子到集合体的多尺度描述。 一级结构（化学结构）： 探讨单体结构如何通过共价键连接形成主链结构（线性、支化、交联）。重点分析共聚物的序列结构——无规共聚、交替共聚、嵌段共聚及其对材料相容性和相分离行为的影响。 二级结构（链规整性与构象）： 分析聚合物链的几何异构现象，如顺反异构和光学异构。深入研究链的柔性、扭结、螺旋构象，以及如何通过分子内旋转能垒来预测材料的玻璃化转变温度（Tg）。 三级结构（分子间堆砌）： 区分非晶态和晶态高分子。阐述结晶过程的热力学和动力学控制，包括球晶的形成与生长。利用X射线衍射（XRD）和差示扫描量热法（DSC）等分析手段，解释结晶度对机械强度和光学特性的决定性作用。 聚集态结构： 探讨高分子在溶液、熔体和固态下的拓扑结构，如缠结现象和网状结构在流变学中的体现。 第四章 高分子材料的物理性能与表征 高分子材料的“应用”特性根植于其独特的物理响应能力。本章聚焦于如何通过实验手段量化和预测这些特性。 热性能： 详细解析玻璃化转变（Tg）、熔点（Tm）、热分解温度。利用热重分析（TGA）和DSC对材料的热稳定性进行评估。讨论Tg对实际使用温度窗口的限制意义。 力学性能： 考察高分子在不同应力速率和温度下的粘弹性行为。引入蠕变、应力松弛、拉伸、压缩和冲击测试。阐述著名的时间-温度等效原理（WLF方程），解释如何通过“时间”和“温度”的互换来预测材料的长期服役性能。 流变学基础： 作为软物质，高分子的流动特性至关重要。本章介绍牛顿流体与非牛顿流体（剪切稀化、触变性），讨论高分子熔体和溶液的粘度测量及其在加工过程（如挤出、注塑）中的指导作用。 电学与光学性能： 探讨高分子作为电介质、半导体或导体的可能性，涉及介电常数、损耗因子及导电聚合物的能带结构。光学性质方面，着重分析透明度、折射率以及双折射现象。 第五章 溶液行为与相态 高分子在溶液中的行为是理解合成、分离、加工和性能控制的基础。 高分子溶液的热力学： 引入Flory-Huggins溶液理论，解释溶剂质量（良溶剂、不良溶剂、贫溶剂）对高分子链构象（膨胀或收缩）的影响。定义和计算熵因子与焓因子。 分子量测定技术： 重点介绍凝胶渗透色谱（GPC/SEC）的工作原理，如何通过相对于标准聚合物的校正来确定数均分子量($M_n$)和重均分子量($M_w$)，以及多分散性指数（PDI）的意义。同时，介绍光散射法（静态和动态）对绝对分子量的确定。 相分离与临界溶解温度（UCST/LCST）： 探讨高分子溶液和共混物的相图，分析相分离的驱动力，及其在膜制备和材料微相结构调控中的应用。 第六章 重要的工程高分子与特种材料 本章将理论知识应用于实际材料体系，介绍几类具有里程碑意义的高分子材料及其合成路径。 通用塑料： 聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）的结构-性能关系，及其在不同聚合工艺（如齐格勒-纳塔催化）下的工业制备。 结构树脂与热固性材料： 环氧树脂、酚醛树脂的交联网络形成，重点分析其不可逆的固化过程和优异的耐热性。 高性能纤维与工程塑料： 芳纶（如Kevlar）、聚碳酸酯（PC）、聚酰亚胺（PI）的超强力学性能和热稳定性来源，探讨如何通过分子链刚性和芳环引入来提升材料性能。 生物医用高分子： 介绍可降解聚合物（如PLA, PGA）在组织工程和药物缓释中的应用，关注其生物相容性与降解机理。 第七章 高分子材料的加工与改性 将合成的高分子转化为可用部件，需要先进的加工技术和必要的改性手段。 高分子加工基础： 介绍熔融挤出、注射成型、吹塑和压延等主流工艺。重点讨论剪切速率、温度梯度如何影响聚合物在模具中的流动和最终产品的取向结构。 共混与复合： 阐述聚合物合金的概念，利用相容性原理实现性能的互补。深入探讨纤维增强复合材料（FRP）的界面粘结机制、增强效率的预测模型，以及纳米填料（如碳纳米管、粘土）对材料力学、阻燃性和导电性的协同增强效应。 老化与稳定： 探讨高分子材料在光照、氧气、热量作用下的老化机理（自由基链式氧化），以及通过添加抗氧剂、光稳定剂来延长材料使用寿命的化学策略。 本书旨在提供一个从分子设计到材料应用的完整知识体系，适合高分子科学与工程、材料科学、化学工程等相关专业的高年级本科生及研究生使用，亦可作为科研人员了解高分子化学前沿的参考资料。

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我本来是冲着“合成”这两个字来的，结果发现这本书更像是一本深度理论导论，对于那种期望直接拿到“秘籍”——比如某种特定纳米颗粒快速合成参数列表的读者来说，可能会有点失望。书中花费了极大的篇幅去解释为什么某些反应会发生，而不是仅仅告诉我们如何让反应发生。例如，在涉及高纯度单晶生长的那几个章节，作者几乎是手把手地讲解了傅克-包恩（Phuk-Born）模型在理解扩散限制过程中的应用，这对于理解提纯的本质非常有帮助。我花了好几天时间才把关于相图解析的那部分内容消化掉，它不是那种轻松阅读的书，更像是一本需要你不断地在笔记本上画图、推导公式的教科书。它的优势在于严谨性，但代价是牺牲了部分可读性，对于那些更偏向应用和操作手册的工程师朋友来说，可能需要配合其他更侧重操作细节的文献一起阅读。尽管如此，这本书的深度足以让一个初级研究人员在几年内都受益匪浅，因为它教会了我们“思考的框架”。

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初次翻阅这本《无机材料合成》，我最大的感受是它对“材料本征缺陷控制”的执念。作者似乎将无机材料的性能调控归结到了对晶格缺陷的精确设计上。书中花了整整一个章节来讲解点缺陷的热力学和扩散机制，特别是离子导体的氧空位与电子极化之间的耦合效应，讲解得深入且富有逻辑性。我发现自己之前对某些电化学性能不佳的材料的理解，在这本书的引导下，一下子找到了理论上的症结所在——原来是特定合成条件下引入的杂质离子导致了缺陷平衡的偏移。这种深入到原子层面的剖析，对于从事电池正极或固体氧化物燃料电池电解质研究的人来说，简直是如获至宝。这本书的深度足以支撑博士阶段的研究，它强迫读者从微观动力学角度去理解宏观的材料制备过程，而不是停留在简单的配方罗列上。

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这本书的装帧和排版倒是挺中规中矩的，没有什么特别出彩的地方，但胜在清晰易读。我主要关注的是它对非平衡态合成方法的论述，特别是快速烧结技术（如闪烧结）在提高材料致密度方面的理论模型。书中对烧结过程中的界面能变化和晶界迁移的动力学描述得非常精妙，引用了非常前沿的分子动力学模拟结果来佐证宏观的现象，这种跨尺度分析的手法是很多传统教材所不缺少的。我发现，作者在描述这些高速热处理过程时，对温度梯度和气氛控制的敏感性分析得尤其到位，这直接关系到最终材料的性能均匀性。不过，有一点让我略感遗憾，那就是对于环境友好型合成路线，比如水热法或超临界流体法在合成功能性复合材料方面的实例介绍，篇幅稍显不足，更多的是集中在传统的熔炼和固相反应体系上。这可能意味着这本书的理论基础极其深厚，但在紧跟“绿色化学”的最新趋势方面，稍微滞后了一点点。

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作为一本专业书籍，它的参考文献列表实在令人印象深刻，几乎囊括了过去二十年该领域最重要的奠基性论文，这本身就体现了作者的学术功底和严谨态度。我特别留意了关于薄膜沉积的部分，书中对化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）的对比分析非常客观，重点放在了薄膜的应力状态和界面附着力上，这对于理解大规模集成电路制造中的薄膜可靠性至关重要。作者并没有回避不同方法之间的技术权衡，比如PVD的生长速率与薄膜的均匀性之间的矛盾，并给出了理论模型来预测最佳的折衷点。虽然这本书在语言上偏向学术化，阅读起来需要保持高度专注，但其提供的知识密度是极高的，几乎每一页都有值得摘录的结论或公式。对于严肃的材料科学家而言，这更像是一本可以长期置于案头、随时查阅的“工具书”，它的价值在于其知识的系统性和不可替代性。

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这本《无机材料合成》的定价实在让人摸不着头脑，内容上倒是让人眼前一亮，尽管我还没完全啃完。从第一章开始，作者就非常深入地探讨了固态化学的基本原理，特别是晶体结构和缺陷理论，这部分讲解得非常细致，引用了大量的实验数据和模型图，看得出下了不少功夫。比如在讨论高熵氧化物合成时，书中详细对比了传统固相法、溶胶-凝胶法以及原子层沉积（ALD）的优缺点，尤其是在控制微观形貌和相纯度方面的差异，分析得非常到位，甚至涉及到热力学驱动力和动力学限制的平衡点，这一点对于我这种刚入门的研究者来说，非常有指导意义。我特别欣赏作者在阐述复杂概念时，总是能结合一些实际的工业应用案例，让理论不再是空中楼阁。唯一美中不足的是，关于某些新型前驱体的介绍相对较少，可能受限于出版时间，希望后续能有增补。总的来说，对于想系统学习无机材料制备基础的读者，这本书绝对是一本扎实的参考书，它搭建了一个非常坚实的理论框架，让人对“如何控制材料的结构-性能关系”有了更深刻的理解。

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