高分子结构与性能的现代测试技术

从20 世纪20 年代Staudinger 创立高分子学说以来已经过去了百余年，高分子科学已经成为一门富有活力的学科，在与医学、信息学、环境学的交叉渗透中不断发展。高分子材料也走入千家万户，成为人们生活中不可或缺的部分，同时在现代工程学的推动下，向着绿色化、高性能化和多功能化发展。 
高分子科学的发展和高分子材料性能的提升离不开各种现代测试技术。现代测试技术能够帮助高分子科学的研究人员更加准确地了解材料的结构和性能，并以此促进高分子科学的发展，设计出性能更加优良、具有更强功能性的材料。高分子结构与性能的现代测试技术种类繁多，随着科学技术的发展，各种新的测试技术不断地涌现，原有的技术也在革新发展。本书从高分子科学规律出发，较为全面地覆盖高分子的结构与性能测试中最为常用的现代分析手段，包括高分子化学结构的测定、分子量和溶液构象的测定、凝聚态结构的测定、热力学和动力学分析、性能分析和形态分析等现代测试技术。在对这些技术的基本原理和应用进行介绍的基础上，根据多年的教学实践，总结了具有代表性的实验案例，便于教学单位开展实验教学，希望读者能够通过实验来对各个技术进行进一步的理解。同时与时俱进，总结了高分子结构与性能的最新测试技术，以开拓读者的视野。 
本书分为7章，编写分工如下：第1章绪论，由杨立群编写；第2章高分子的化学结构，杨立群编写第2.1节和第2.4节，陈旭东和刘红梅共同编写第2.2节，阮文红编写第2.3节；第3章高分子的分子量及溶液构象，杨立群编写第3.1节和第3.2节，陈水挟和易菊珍共同编写第3.3节；第4章高分子的凝聚态结构，由杨立群编写；第5章高分子的分子运动和热力学分析，曾春莲和章自寿共同编写第5.1节，符若文编写第5.2节；第6章高分子的性能分析，章明秋和杨桂成共同编写第6.1节，杨立群编写第6.2节，阮文红编写第6.3节；第7章高分子的形态分析，阮文红编写第7.1节至第7.4节，张艺编写第7.5节。全书由阮文红和杨立群修改和统稿。本书的编写得到“聚合物复合材料及功能材料重点实验室”、“广东省高性能树脂基复合材料重点实验室” 和中山大学化学学院同事们的大力支持与帮助，也得到国内高分子界同仁的关心。在此我们表示衷心的感谢！ 
本书可作为高等院校和科研院所攻读高分子科学和高分子材料与工程专业的本科生和硕士研究生的教学用书，也可为从事高分子材料研究和生产的科研人员和工程技术人员提供有价值的参考，使读者对高分子结构与性能的现代测试技术有更加全面的了解。 
材料的现代测试技术涉及各个学科的专业知识，内容繁多，编者水平有限，编写时间短促，书中难免会有疏漏和不妥之处，敬请各位读者批评指正。 

阮文红  杨立  群章明秋 
2023 年5 月于中山大学 

高分子材料的结构与性能密切相关，先进的现代测试技术为深层次研究高分子材料的结构与性能提供了重要保障。本书融合了高分子结构分析和高分子材料性能的理论、测试技术方法及实验教程，介绍了高分子结构与性能以及它们之间存在的内在联系和基本规律。本书共分为7章：高分子结构部分包括第1章绪论，第2章高分子的化学结构，第3章高分子的分子量及溶液构象，第4章高分子的凝聚态结构；第5章高分子的分子运动和热力学分析，作为高分子结构与性能内在联系和基本规律的桥梁；高分子的性能部分包括第6章高分子的性能分析，第7章高分子的形态分析。本书可作为高等院校高分子科学领域以及高分子材料与工程类研究生的教材，也可作为相关专业本科生的参考教材，对从事高分子科学和高分子材料研制、开发、测试工作的科技人员也是一本有参考价值的专业书籍。

阮文红，1968年11月29日生，吉林省吉林市人，1987.9—1991.7四川大学（原成都科技大学）高分子材料系塑料工程专业本科毕业，获工学学士学位；1991.9—1994.7四川大学高分子科学与工程学院材料成型加工专业硕士研究生毕业，获工学硕士学位；1996.9—2000.5四川大学高分子科学与工程学院材料加工工程专业博士研究生毕业，获工学博士学位。工作经历：1994.7—2002.9四川大学高分子科学与工程学院从事教学与科研工作。2001年7月评聘为副教授；2002.9—2004.10中山大学化学学科博士后流动站，在化学学院材料科学研究所从事博士后研究工作；2004.—2008.11中山大学化学与化学工程学院材料所从事教学与科研工作，副教授；2008.12—迄今中山大学化学与化学工程学院材料所从事教学与科研工作，教授。曾出版过普通高等教育“十一五”规划教材《高分子加工原理与技术》等。

第1章 绪论 1 
1.1 高分子的结构 2 
1.1.1 高分子的化学结构 2 
1.1.2 高分子的分子量及溶液构象 2 
1.1.3 高分子的凝聚态结构 2 
1.2 高分子的分子运动和热力学分析 2 
1.3 高分子的性能分析 3 
1.3.1 力学性能分析 3 
1.3.2 电学性能分析 3 
1.3.3 流变性能分析 3 
1.4 高分子的微观形态分析 4 
参考文献 4 

第2章 高分子的化学结构 5 
2.1 核磁共振波谱法 5 
2.1.1 核磁共振理论概述 5 
2.1.2 液体核磁共振技术 7 
2.1.3 固体核磁共振技术 9 
2.1.4 核磁共振波谱法在高分子领域的应用研究 10 
2.1.5 核磁共振波谱实验 12 
2.2 红外光谱法 14 
2.2.1 红外光谱法的基础理论 14 
2.2.2 红外光谱法在高分子领域的应用研究 16 
2.2.3 红外光谱实验 18 
2.3 荧光光谱法 20 
2.3.1 荧光光谱法的基础理论和方法 20 
2.3.2 荧光光谱法在高分子领域的应用研究 24 
2.3.3 荧光光谱实验 27 
2.4 拉曼光谱法 28 
2.4.1 拉曼光谱法的基础理论 28 
2.4.2 拉曼光谱法在高分子领域的应用研究 32 
2.4.3 拉曼光谱实验 34 
参考文献 36 

第3章 高分子的分子量及溶液构象 38 
3.1 高分子的分子量及分子量分布 38 
3.1.1 高分子的分子量 38 
3.1.2 高分子的分子量分布 40 
3.2 静态和动态光散射法 40 
3.2.1 静态光散射法的基础理论 40 
3.2.2 动态光散射法的基础理论 41 
3.2.3 静态和动态光散射法在高分子领域的应用研究 42 
3.2.4 静态和动态光散射实验 46 
3.3 凝胶渗透色谱法 50 
3.3.1 凝胶渗透色谱法的基础理论 50 
3.3.2 凝胶色谱柱参数 51 
3.3.3 凝胶色谱系统 52 
3.3.4 凝胶色谱法在高分子领域的应用研究           55 
3.3.5 凝胶渗透色谱实验 56 
参考文献 59 

第4章 高分子的凝聚态结构 61 
4.1 高分子凝聚态结构概述 61 
4.2 X射线衍射法理论概述 62 
4.2.1 晶体结构 62 
4.2.2 X射线衍射法研究晶体结构的理论 63 
4.2.3 X射线衍射实验方法 64 
4.3 X射线衍射法在高分子领域的应用研究 65 
4.3.1 测定高分子结晶度 65 
4.3.2 测定高分子微晶尺寸 65 
4.3.3 高分子晶体结构解析 66 
4.4 X射线衍射法实验 70 
参考文献 72 

第5章 高分子的分子运动和热力学分析 73 
5.1 热分析法 73 
5.1.1 差示扫描量热法的基础理论 73 
5.1.2 差示扫描量热法在高分子领域的应用研究 75 
5.1.3 热分析法实验 78 
5.2 动态力学分析法 83 
5.2.1 动态力学分析的基础理论 83 
5.2.2 动态力学实验方法在聚合物研究中的应用 86 
5.2.3 动态力学分析实验 87 
参考文献 93 

第6章 高分子的性能分析 94 
6.1 力学性能分析法 94 
6.1.1 高分子力学测试技术的基础理论 94 
6.1.2 力学测试技术在高分子领域的应用研究 97 
6.1.3 力学测试实验 100 
6.2 电学性能分析法 103 
6.2.1 高分子电学性能概述 103 
6.2.2 电学性能分析法在高分子领域的应用研究 108 
6.2.3 高分子的介电松弛谱测试实验 111 
6.3 流变性能分析法 113 
6.3.1 流变性能分析法的基础理论 113 
6.3.2 聚合物黏性流动中的弹性现象 115 
6.3.3 聚合物流体黏度测试技术 116 
6.3.4 流变性能分析法在高分子领域的应用研究 121 
6.3.5 流变性能测试实验 124 
参考文献 126 

第7章 高分子的形态分析 129 
7.1 透射电镜法 129 
7.1.1 透射电镜的成像原理 129 
7.1.2 透射电镜的结构 130 
7.1.3 透射电镜在高分子领域的应用研究 132 
7.1.4 透射电镜实验 135 
7.2 扫描电镜法 139 
7.2.1 扫描电镜法的基础理论 139 
7.2.2 扫描电镜的结构及性能指标 141 
7.2.3 扫描电镜的电子图像及衬度 143 
7.2.4 扫描电镜法在高分子领域的应用研究 144 
7.2.5 扫描电镜实验 147 
7.3 原子力显微镜法 149 
7.3.1 原子力显微镜的工作原理以及工作模式 149 
7.3.2 原子力显微镜在高分子领域的应用研究 151 
7.3.3 原子力显微镜实验 155 
7.4 比表面积分析法 156 
7.4.1 比表面积分析法的基础理论 157 
7.4.2 比表面积分析法在高分子领域的应用研究 159 
7.4.3 BET流动吸附法测定固态物质比表面积实验 160 
7.5 金相显微镜法 163 
7.5.1 金相显微镜法的基础理论 163 
7.5.2 金相显微镜法在高分子领域的应用研究 173 
7.5.3 金相显微镜实验 175 
参考文献 179  

高分子材料的结构与性能密切相关，先进的现代测试技术为深层次研究高分子材料的结构与性能提供了重要保障。本书融合了高分子结构分析和高分子材料性能的理论、测试技术方法及实验教程，介绍了高分子结构与性能以及它们之间存在的内在联系和基本规律。本书共分为7章：高分子结构部分包括第1章绪论，第2章高分子的化学结构，第3章高分子的分子量及溶液构象，第4章高分子的凝聚态结构；第5章高分子的分子运动和热力学分析，作为高分子结构与性能内在联系和基本规律的桥梁；高分子的性能部分包括第6章高分子的性能分析，第7章高分子的形态分析。本书可作为高等院校高分子科学领域以及高分子材料与工程类研究生的教材，也可作为相关专业本科生的参考教材，对从事高分子科学和高分子材料研制、开发、测试工作的科技人员也是一本有参考价值的专业书籍。

阮文红，1968年11月29日生，吉林省吉林市人，1987.9—1991.7四川大学（原成都科技大学）高分子材料系塑料工程专业本科毕业，获工学学士学位；1991.9—1994.7四川大学高分子科学与工程学院材料成型加工专业硕士研究生毕业，获工学硕士学位；1996.9—2000.5四川大学高分子科学与工程学院材料加工工程专业博士研究生毕业，获工学博士学位。工作经历：1994.7—2002.9四川大学高分子科学与工程学院从事教学与科研工作。2001年7月评聘为副教授；2002.9—2004.10中山大学化学学科博士后流动站，在化学学院材料科学研究所从事博士后研究工作；2004.—2008.11中山大学化学与化学工程学院材料所从事教学与科研工作，副教授；2008.12—迄今中山大学化学与化学工程学院材料所从事教学与科研工作，教授。曾出版过普通高等教育“十一五”规划教材《高分子加工原理与技术》等。