Ageing and the Glass Transition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Sanctuary, Roland 编

出品人:

页数:362

译者:

出版时间:

价格:$ 123.17

装帧:HRD

isbn号码:9783540696834

丛书系列:

图书标签:

• Ageing
• Glass Transition
• Polymers
• Materials Science
• Rheology
• Non-equilibrium Systems
• Soft Matter
• Molecular Dynamics
• Simulation
• Thermodynamics

现代材料科学的基石：高分子动力学与玻璃态转变的深入解析 本书《现代高分子物理学：从微观结构到宏观性能的桥梁》旨在全面、深入地探讨高分子材料在温度和时间尺度上的复杂行为，特别聚焦于高分子链的分子运动规律及其在形成玻璃态和橡胶态过程中所扮演的关键角色。这是一本面向高级本科生、研究生以及从事材料研究和开发的专业人士的权威参考书。 本书的结构经过精心设计，力求在理论深度和实际应用之间建立起坚实的联系。我们从最基础的分子结构单元——高分子链的统计力学描述入手，逐步过渡到宏观热力学性质的理解。 第一部分：高分子链的统计描述与构象统计 本部分首先回顾了理想高分子链的模型，如随机游走模型和高斯链模型。我们详细分析了高分子链的均方末端距（Mean Square End-to-End Distance），并引入了特征比（Characteristic Ratio）来量化实际聚合物链的扭曲程度和空间阻碍效应。 随后，我们引入了真实高分子链模型，如带有效体积的自由旋转模型（Freely Rotating Chain with Hindered Rotation）和Flory-Huggins理论。重点阐述了排除体积效应（Excluded Volume Effect）如何影响链的统计构象，并探讨了$ heta$ 溶剂条件下聚合物链的理想行为。对这些基本构象知识的掌握，是理解后续动力学现象的先决条件。 第二部分：高分子动力学导论与时间-温度等效原理 在建立了链结构的基础后，本书的核心部分转向高分子动力学（Polymer Dynamics）。我们首先介绍了描述动态过程的弛豫时间（Relaxation Time）和粘弹性（Viscoelasticity）的概念。 粘弹性行为是高分子材料区别于小分子固体和液体的最显著特征。我们深入分析了线性粘弹性理论，使用蠕变（Creep）和应力松弛（Stress Relaxation）实验来表征材料对外部形变的响应。引入了松弛模量 $G(t)$ 和 $E(t)$，并详细讨论了时间-温度叠加原理（Time-Temperature Superposition Principle, TTSP）。TTSP 是连接不同温度下动态行为的强大工具，我们通过实验数据（如动态机械分析，DMA）展示了如何构建主曲线（Master Curve），从而预测材料在宽广时间尺度上的行为。 第三部分：分子运动与弛豫过程的精细分析 本部分是本书的理论高潮，聚焦于高分子链的微观运动如何导致宏观弛豫。 1. 链段运动的唯象模型： 我们详细探讨了Williams-Landel-Ferry (WLF) 方程，并分析了其在描述 $alpha$ 弛豫（即主链段运动）中的应用及其背后的物理意义，特别是自由体积理论（Free Volume Theory）对 WLF 参数的解释。 2. 细致的弛豫机制： 高分子材料的动态行为通常是多重弛豫过程的叠加。本书系统地梳理并区分了主要的弛豫过程： $alpha$ 弛豫 (Primary Relaxation)： 主要与大范围的链段运动相关，通常与玻璃化转变紧密联系。 $eta$ 弛豫 (Secondary Relaxation)： 通常由侧基运动、小段运动或特定的分子内运动引起，发生在比 $alpha$ 弛豫更高的频率/更低的温度。 $gamma$ 弛豫及更低阶的运动： 对材料的低温韧性和介电性能有重要影响。 3. 动力学理论模型： 我们超越唯象描述，引入了更具物理基础的模型来解释链的运动。例如，Rouse 模型（无相互作用链）和 Zimm 模型（考虑溶剂摩擦的链），这些模型帮助我们理解不同约束条件下链的扩散和弛豫行为。我们探讨了这些模型在解释高分子溶液和熔体中的粘度特性方面的优势与局限。 第四部分：结构、形态与动态转变的耦合 本部分将分子动力学与材料的宏观结构和热力学状态联系起来。 1. 自由体积与运动性： 深入探讨了Doolittle 方程和Cohen-Turnbull 理论，阐明了自由体积的产生、耗散如何直接控制分子链段的迁移率。我们比较了自由体积模型与 WLF 方程在描述玻璃转变区域行为的一致性。 2. 结构对动力学的影响： 结晶度对动力学的影响： 在半结晶聚合物中，晶体区域的固定性如何“冻结”非晶区域的链运动，并导致松弛谱的复杂化。 交联密度对网络的影响： 在交联聚合物中，交联点如何限制链段的运动范围，从而影响玻璃化转变温度（$T_g$）和永久形变行为。 增塑剂和填料的作用： 解释了增塑剂如何通过增加自由体积来降低弛豫时间，以及纳米级填料如何通过界面相互作用来调节基体聚合物的分子运动。 3. 动态机械性能与结构判据： 我们详细阐述了如何利用动态机械分析（DMA）确定材料的 $T_g$、橡胶平台高度（针对交联网络）以及与温度和频率相关的模量变化，并将这些实验数据与理论预测进行对比分析。 第五部分：实验技术与前沿展望 本书最后一部分介绍了用于研究高分子动力学的关键实验方法，并对该领域的前沿发展进行了展望。 1. 核心实验技术： 详细介绍了如何利用动态机械分析 (DMA)、介电谱 (DEA)、核磁共振弛豫 ($T_1, T_2$) 和时间分辨散射技术 (TR-SANS/SAXS) 来探测不同时间尺度上的分子运动，并解释了每种技术所探测到的物理信息和局限性。 2. 前沿研究方向： 讨论了当前高分子动力学研究中的热点问题，如异常扩散行为、长程相关性、非晶固体的再弛豫现象，以及高分子在受限空间（如纳米孔道）中的动力学变化。 通过本书的学习，读者将能够建立一个全面、自洽的知识体系，深刻理解高分子材料“软物质”特性的根本来源——分子链的动态行为和它们在不同环境条件下的能量耗散机制。本书不仅是理论的载体，更是指导实验设计和材料优化的有力工具。

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