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1、材料研究方法和测试技术,沈 青东华大学高分子系东华大学纤维材料改性国家重点实验室E-mail: 电话：13681961560,导 言,材料是人类社会文明发展的基础，材料的发展导致人类社会的发展，时代的前进。如：石器时代青铜器时代铁器时代-多材料时代功能材料时代 电子时代（生物时代，信息时代，生命科学时代）。,观看视频观看奥运会一封外国教授给我们学生的信过年,感想、体会、思索,为什么糯米可以做年糕，梗米不行？分子结构的差异,年糕为什么会变硬？聚集态结构的变化,第一章：绪论 11 材料的分类和特征,（1）金属：以金属键结合 非金属：以离子键结合（2）高分子：以共价键结合，具有大量 重复结构单元 低
2、分子：以共价键结合，具有少量 重复结构单元,11 材料的分类和特征,（3）有机材料：以共价键结合 无机材料：以离子键结合 （4）液体： 固体： 气体：,11 材料的分类和特征,(5) 结构材料： 功能材料：光学、电磁、记忆、生物 、 声学、,键的作用：,决定结构的稳定性，决定构象的运动性。,键的分类：,强键：共价键、离子键、静 电键弱键：氢键、van der Waals 键,12 高分子材料的分类和特征,（1）合成高分子：人工制备的具有重复 结构单元的聚合物。结构单元完全一致：均聚结构单元混合：共聚（分子量增加）结构单元混合：共混（分子量不增加）,12 高分子材料的分类和特征,天然高分子： 纤
3、维素、木质素、多肽、多酚、蛋白质、淀粉、甲壳素、蚕丝、蜘蛛丝、细菌,12 高分子材料的分类和特征,一次结构（近程结构）：链状、直链、支化、交联（包括各种立构）；二次结构（远程结构）：无规线团、折叠链、螺旋链；三次结构（聚集态结构）：线团胶团、交缠、超螺旋。,高分子的状态：,温度升高时：玻璃态高弹态 粘流态；分子运动：链节运动链段运 动大分子整体运 动,13 材料研究的目的和意义,目的：认识材料的本质和 特征；意义：应用，促进社会发 展。,14 本课程的作用与影响,(1)是联系基础课、专业课及其它相关学科的桥梁；(2)是从事专业的必修课；(3)是影响社会发展的必修课，如Nobel获奖者中许多是因
4、为材料研究有发现或测试技术有发明而得奖的。,问 题,门捷列父(Mendeleev, D.)因为化学元素的不断发现而发明了元素周期表.我们是否有可能类似排出有关材料的表？如高分子材料(such as Mu Di. et al.s finding)。,A simplified approach for evaluation of the polarity parameters for polymer using the K coefficient of the Mark-Houwink-Sakurada equation SHEN, Q. Di Mu, Li-Wei Yu and Liang Ch
5、en. J. Colloid Interface Sci. 275:1, 30-34 (2004).And also available in pages 134-137,课程的考试形式和安排,1、英语原著翻译：每人翻译一篇取自材料界的最著名杂志“Advanced Materials”综述论文2、翻译分数30%3、期末闭卷考试分数70%,第二章: 常用光谱仪的原理, 测试方法及应用,仪器分类 (1)光化学分析仪器 紫外光谱, 红外光谱, 拉曼光谱, 原子吸收光谱; (2)电化学分析仪器 电导仪, 电位仪, 电解仪, 电量仪; (3)色谱分析仪 气相色谱, 液相色谱, 极谱; (4)核磁共振光谱
6、仪 固体式, 液体式; (5)质谱仪 (6)显微镜,天然藕丝的纤维特征 沈喆, 唐笠, 沈青. 纤维素科学和技术（2005）。,藕具有光滑的黄色外表皮和尺寸不等的节状外形(图1)，其内部为多孔隧道结构。,藕的外型,2.1 红外光谱 (Infrared Spectroscopy) 2.1.1 原理,红外光谱反映的是分子的振动情况。它的原理是当用一定频率的红外光束照射某物质时，若该物质的分子中某基团的振动频率与红外光束频率相同，则该物质就能吸收这种红外光使自己的分子由振动基态跃迁至激发态。所以应用不同频率的红外光束照射某物质时，可以得到不同的分子的振动情况，以反映物质的结构与定量关系。,（1）分子
7、振动的类型A 伸缩振动：,定义：原子沿键轴方向伸缩使键长发生变化的振动，分对称伸缩振动（）和反对称伸缩振动（ as） 。 H H H H C C （） （ as）,B 弯曲振动 （变形振动）：,定义：原子沿垂直于价键的方向振动，引起分子内键角弯曲或变形振动，原子间键角随时间而变动。 面内振动 面外振动：非平面摇摆振动，弯曲摇摆； 平面振动 剪式振动,C 整个结构基团的振动：,a.摆动：结构单元在分子平面内摆动；b.摆动：结构单元在分子平面外摆动；c.扭动：结构单元绕分子其余部分相连的键转 动；d.弯曲（剪式）：如下图，C和H为振动原子 H H H H C C 煎式 面内摇摆,（2）基团频率（）
8、,=1307（k/)1/2-1=m1-1+m2-1 -1为折合质量，m1-1和m2-1分别为两原子质量， k为常数。,(3)分子基团与频率、振动形式的相关性（A）,基团 频率 振动形式 吸收强度 说明 cm-1 -OH(游离) 3650-3580 伸缩 m, Sh-OH(缔合) 3400-3200 伸缩 S, b-NH2, NH(游离) 3500-3300 伸缩 m, Sh-NH2, NH(缔合) 3400-3100 伸缩 S, b-SH 2600-2500 伸缩-C-H(伸缩) 3300 S -C-HH-C 3300 伸缩 不饱和C-H=C-H 3010-3040 伸缩 H=C 3085 伸
9、缩 H,基团 频率 振动形式 吸收强度 说明 cm-1 苯环中C-H 3050 伸缩 饱和C-H-CH3 29605 反对称伸缩 S-CH3 2870 10 对称伸缩 S-CH2 2930 5 反对称伸缩 S-CH2 285010 对称伸缩 S,(3)分子基团与频率、振动形式的相关性（B）,基团 频率 振动形式 吸收强度 说明 cm-1 -CH 2260-2220 伸缩 S针状 -N H 2310-2135 伸缩 m-C C- 2260-2100 伸缩 m-C=C=C- 1950 伸缩 v,(3)分子基团与频率、振动形式的相关性（C）,基团 频率 振动形式 吸收强度 说明 cm-1 -C=C- 1680-1620 伸缩 m, v 苯环中C=C 1600，1580 伸缩 v -C=O 1850-1600 伸缩 S -NO2 1600-1500 反对称伸缩 S -NO2 1300-1250 对称伸缩 S S=O 1220-1040 伸缩 S,
