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关键词： 轻化工程   高分子化学与物理   课程体系   课程思政   教学方法  

摘要： 针对轻化工程专业（染整方向）“高分子化学与物理”的课程教学现状及存在的问题，通过构建新工科背景下新版“高 分子化学与物理”课程体系，架起了理论基础课和专业核心课的桥梁纽带，实现了理论基础课与专业核心课的有机融 通。围绕纺织行业新定位，结合学科专业特点，联系染整实际，通过不断融合课程思政元素，引入前沿科技成果，创 新课堂教学模式，激发学生创新潜能，培养学生创新能力，促进教学质量提高，引导纺织行业加快转型升级，为实现 纺织全产业链高质量发展贡献青春智慧。

ISBN: (纸本)9787122412645

关键词： 高分子物理   机器学习   传播子方程   自洽场理论  

摘要： 在高分子物理中,自洽场理论是极其重要的理论之一,传播子方程则是高分子自洽场理论的关键方程。因此,在本文中,我们使用机器学习方法对高分子链传播子方程进行了求解。 首先,我们采用了一种基于笛卡尔网格采样和拉丁超立方采样混合的物理神经网络来求解一维高分子链传播子方程的正向和逆向问题。我们使用了一种新的方法进行数据采样,提出了新的周期边界条件损失函数的构建方法。然后在训练过程中对神经网络中的参数进行了优化。最后我们使用这个模型对给定的高分子链传播子方程的正向问题和逆向问题进行求解,并得到了相当合理的结果,证明了该神经网络求解器在正向和逆向问题上的有效性。同时我们将神经网络解与数值解进行了比较,证明了我们这个方法的精度较好,同时也有很高的计算效率。 进一步地,我们构建了一个神经网络模型来计算含有传播子方程的三维两嵌段聚合物自洽场方程组。网络模型包括两个前馈神经网络,一个网络表示传播子方程,另一个表示自洽场化学势场,两个网络由自洽场方程组所构建的损失函数进行耦合。通过优化损失函数,最终得到神经网络计算结果。通过对比网络解与数值解,我们证明了该模型的有效性和准确性。另外,我们也绘制了两嵌段共聚物微相分离过程的三维可视化图。本文通过使用机器学习方法对一维及三维传播子方程的研究可以为之后高分子物理问题的求解提供一定参考和帮助。

关键词： 《高分子物理》课程   应用型人才培养   教学内容  

摘要： 聚焦课程教学痛点问题“基础理论多，实践应用少，应用型人才不强”，对教学内容进行了知识重构，包括应用型闭环教学，生活、生产、前沿领域应用型案例库建设以及科研反哺教学。从多维度强化课程知识的实践应用性，让学生深感学有所用，激发学生学习驱动力，提升应用型人才培养质量。

关键词： 高分子流变学   高分子物理   弹性体   离子凝胶  

摘要： 聚合物基柔性离子导体是离子分散于聚合物网络及分散介质中形成的弹性材料。不同于电子导体普遍具有的脆性特征,柔性离子导体可以折叠、弯曲、拉伸,在下一代柔性设备如人造皮肤、便携式可穿戴传感器、摩擦纳米发电机中有着广泛的应用前景。柔性离子导体主要包含水凝胶、离子导电弹性体以及离子凝胶。水凝胶虽然应用广泛,但存在水分流失、化学稳定性差、力学强度低等缺点,相对而言,离子导电弹性体和离子凝胶具有高力学强度、高延展性、高稳定性等特点,可以克服水凝胶的不足,扩展柔性离子导体的应用场景。然而,无论是离子导电弹性体还是离子凝胶,导离子与力学性能的冲突是普遍存在的问题,如何平衡两种性能以得到材料的最优解是非水体系柔性离子导体长期存在的挑战。面向上述问题的解决,本论文开展了以下三方面的工作: 1.针对离子导电弹性体机械性能和导电性的平衡问题,制备了一种高强度可拉伸的多功能离子导电弹性体,该导电弹性体以丙烯酸和大分子交联剂F127DA作为单体采用光引发自由基共聚形成聚合物网络,添加锂盐双三氟磺酸亚胺盐（LiTFSI）作为导电离子,制备的弹性体具备8 MPa的拉伸强度,800%的断裂伸长率,电导率可以达到10-4 S/cm,实现了高强度的同时具备高导电特性,该导电弹性体还具有可自修复和自粘附的特性,可以应用于3D打印,基于该导电弹性体制备了多种传感器,包括应力应变传感、湿度传感和摩擦纳米发电机等新型柔性器件。 2.针对目前离子凝胶材料由于含有大量离子液体导致力学性能较差的问题,制备了一种高强度耐疲劳的离子凝胶。该离子凝胶以烷基链改性PVA（C3-0.3）作为聚合物网络,离子液体1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺（[EMIM][DCA]）作为导电离子,通过溶液浇筑法制备而成。制备的离子凝胶是一种非化学交联体系,可以再生循环使用,其力学强度可以达到9 MPa,同时具有900%的断裂伸长率,电导率可以达到10-2 S/cm。离子凝胶同时具备良好的弹性、韧性和耐疲劳特性,弹性极限超过100%,韧性32 MJ/m3,通过单缺口法测试了离子凝胶的疲劳阈值可以达到1600J/m2。以此离子凝胶制备的应变传感器具有良好的稳定性。 3.针于大部分离子导体都是亲水体系难以在水下应用的问题,本论文基于含氟材料制备了一种疏水的离子凝胶。该疏水离子凝胶以丙烯酸和丙烯酸六氟丁酯共聚物作为聚合物骨架,离子液体[EMIM][TFSI]作为导电离子,添加小分子b-PEI作为物理交联剂,采用一锅法光引发自由基聚合而成。离子凝胶内部存在强静电相互作用力和离子-偶极相互作用,材料具有0.6 MPa的力学强度和1000%的断裂伸长率,电导率3×10-4 S/cm,通过流变学测试证明了内部存在的相互作用,较多的可逆物理键使得凝胶在30 min内即可以实现80%的自修复效果;基于离子凝胶优异的稳定性和可拉伸性,被应用于应变传感器和温度传感器,并且利用疏水特性,离子凝胶可以在水下传递信号。 综上,本论文针对柔性离子导体力学性能与导离子性难以平衡的问题,通过高分子网络设计与相互作用调控,开发了兼具优异力学性能与导离子性的弹性体和离子凝胶材料,并基于该类柔性离子导体制备了多种柔性传感器,为离子导电材料在人体皮肤、可穿戴柔性器件、摩擦纳米发电机和水下传感等领域的应用提供了新的思路。

关键词： 非传统发光高分子   簇聚集诱导发光   光致发光   共聚高分子  

摘要： 近年来,非传统发光高分子因其独特的光物理性质受到了广泛关注。有别于传统有机发光化合物,非传统发光高分子中没有大的共轭结构。目前,人们普遍认为这类非共轭高分子的发光来自于羰基、羟基、氰基等基团的聚集,即“簇聚集诱导发光”（clustering-triggered emission,CTE）。这些非传统发光高分子的发现不仅为有机发光研究开拓了新的空间,同时也为功能性高分子材料的发展提供了契机。非传统发光高分子具有交叉学科的特征,相关研究中需要兼顾高分子化学、高分子物理、有机电子学等多个维度。作为一类特殊的高分子,我们有必要从高分子化学和物理的角度对非共轭发光高分子进行研究,揭示其发光机制,拓展材料体系的边界,发展具有优异综合性能的光致发光材料。本论文中,我们系统研究了聚合方法对非传统发光高分子发光性能的影响,发展了利用共聚对非传统发光高分子光物理性能和力学性能进行调控的途径。本文的主要研究内容和结果如下: （1）聚合方法对聚丙烯腈（PAN）光致发光的影响。聚合方法既是制备聚合物的途径,也是决定聚合物性质的初始条件。本部分工作中,我们研究了三种基于自由基活性中心的聚合方法对PAN光物理性质的影响。这三种聚合方法包括:自由基聚合（FRP）、可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合以及原子转移自由基聚合（ATRP）。我们详细研究了聚合方法以及聚合时所使用的引发剂、链转移剂等对PAN最终光物理性质的影响。结果表明,不同方法制备的PAN样品具有不同的光物理特性,发射波长可以覆盖400-630 nm的范围。此外,通过不同聚合方法得到的PAN样品,可以在溶液和固体中得到具有双波长发射的混合物。该研究为乙烯基发光高分子的合成提供了基础性的指导。 （2）基于刚性链结构的发光共聚物。本部分工作中,我们设计并合成了亚甲烯丙交酯和2-乙烯基吡啶的共聚物。由两种不具备发光性质的单体聚合形成的高分子在溶液和固体中都具有明亮的蓝色荧光,其溶液量子产率高于20%。这种特别的光物理性质源于吡啶环与丙交酯环的链间及链内的相互作用。该高分子的光致发光行为具有显著的浓度依赖性和激发依赖性。此外,这种发光高分子表现出了对Fe3+的响应性。该工作为非传统发光高分子的设计与合成提供了新的思路。 （3）通过共聚调控PAN的光物理性质和力学性能研究。共聚是改善高分子性能最简单和直接的手段。本部分工作中,我们以丙烯腈为发光单体,以甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯和丙烯酸丁酯为第二单体,合成了六种共聚物。我们系统研究了第二单体对聚丙烯腈光物理性质和机械性能的影响。研究结果表明,含有丙烯酸酯的共聚物,其发光和丙烯腈均聚物一致（405 nm）。含有甲基丙烯酸酯的共聚物,发射波长为475 nm。我们对这种“共聚诱导红移”的机理进行了研究。结果表明甲基丙烯酸酯单体中的甲基基团会增强共聚物的刚性,导致共轭程度的提高。同时,通过引入共聚单体,我们实现了对PAN机械性能的调控,得到了具有可控力学性能和加工性能的发光弹性体。

摘要： 在分析新能源材料与器件专业开设《高分子化学与物理》课程重要性基础上，指出该课程在教学中存在的问题，并进行了教学改革探讨，以更好地发挥该课程在人才培养中的作用。能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。随着社会的发展，煤、石油和天然气等传统能源日益减少，而且化石能源带来环境污染日益严重，威胁着人类的可持续发展。人类社会要实现可持续发展，保护自然环境与资源，必须发展新能源。

关键词： 课程思政   高分子物理与化学   专业课程   教学设计  

摘要： 将思政元素有机融入专业课程教学是提高育人效果、提升学生综合素养的重要途径。《高分子物理与化学》作为材料专业的必修课程或相关专业选修课程,对学生掌握高分子材料基础知识具有重要意义。本文着重挖掘高分子材料实际应用或相关名人轶事中蕴含的思政元素,建立该课程的课程思政案例库。并结合河南师范大学材料科学与工程学院实际情况,旨在实现学生家国情怀、责任担当和匠人精神的培养,践行“请党放心,强国有我”的铮铮誓言。

关键词： 高分子物理实验   综合性实验   教学组织形式   无卤阻燃聚丙烯  

摘要： 本文探讨在《高分子物理实验》中开展“无卤阻燃聚丙烯的性能研究”这一综合性实验项目的教学实践。在无卤阻燃材料这一应用背景下,学生通过学习不同的材料性能研究方法,深入剖析无卤阻燃改性聚丙烯体系的结构与性能的关系。为激发本科生的学习兴趣,使其在有限的时间内探索未知的科学问题时能够潜移默化地提升专业素养和创新能力,在实验教学探索和实践过程中,优化了教学组织形式——引入团队协作和竞争机制,以问题为导向开展实验教学,建立实验室和大型仪器的开放制度。