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ISBN: (纸本)9787508860169

关键词： 高分子物理实验   综合性实验   老化   力学性能   设计与探究  

摘要： 《高分子物理实验》是高分子科学体系的重要组成部分,从事高分子研究必须掌握的基础技能。"高分子材料力学性能测定"是《高分子物理实验》中一个重要的实验项目。本文结合新疆的气候特点和新疆大学高分子材料专业的实际情况,把教师的科研成果与本科教学相结合,设计出独具特色的耐候性材料老化综合性实验。学生在实验中,不仅了解了高分子材料温差老化的作用及其对力学性能的影响,还拓宽了学生对专业的综合认识,提高学生的实际操作和分析解决问题的能力。

关键词： 实验项目化   工程创新能力   混合式实验教学   高分子物理  

摘要： 从实验项目化设计入手,结合工程创新能力培养,采取线上、线下混合式实验教学方法,对高分子物理实验课程进行了教学改革。结果显示,以学生为中心、实验项目为驱动、工程创新能力培养为目标的实验教学模式,充分吸收了现代互联网信息技术在实验教学中的优势,能够充分调动学生的学习积极性,显著提高学生的自学能力、语言表达能力、实践动手能力、分析问题和解决问题的能力、团队合作与协调能力。

关键词： 原子力显微镜   定量纳米机械力测量   高分子物理实验   本科教学  

摘要： 原子力显微镜广泛应用到高分子研究的各个方面,操作简单,分辨率高,可以定性定量的表征材料表面的微观形貌及其物理性质。以尼龙6纤维增强橡胶基底为例,将原子力显微镜运用于高分子物理实验教学中,使用定量纳米机械力测量模式可以更好地研究纤维与橡胶基底的结合情况,从而阐明纤维增强橡胶的原理。该实验的加入可以提高学生的学习兴趣,加深对所学知识的理解,提高动手能力,培养更好的科研能力。

关键词： 包装工程专业   高分子物理实验   综合性实验   设计与探索  

摘要： 本文结合郑州大学包装工程专业的特色及教师的科研项目,设计出符合《高分子物理实验》本科教学要求的综合性实验。在综合性实验过程中,学生不仅可以进一步熟悉相关仪器设备具体操作,提高动手能力、数据分析与处理能力及创新能力,而且可以深入理解和掌握高分子物理理论知识。本文提出了初步的综合性实验方案。

关键词： 课程思政   高分子物理   教学改革   专业课程教育  

摘要： 在课程思政理念引领下,高分子物理与思想政治结合的教学改革备受关注。本文围绕专业课程教学立德树人根本任务,将思想政治教育融入课程教学和考核全过程。通过教学内容、教学模式、考核方法改革,从价值塑造、能力培养和知识传授等方面全面落实立德树人根本任务和人才培养目标,探索对思政视角下的专业课程教学改革。

关键词： 工程教育   高分子物理   探究式教学   混合式教学  

摘要： 高分子物理是高等院校材料工程专业的必修课程。探究式教学、混合式教学等教学模式的兴起为面向工程教育的高分子物理课程的教学带来了新的契机。在教学实践中,我们结合学生的知识背景和课程的特点,采用探究式教学和混合式教学等手段,探索出了一系列新的教学模式,在帮助学生理解数理原理、探究工程案例和探索科技前沿中起到了良好效果。

关键词： 氢键   水的重定向   密度泛函分子动力学   结构因子   高分子物理   机器学习   循环神经网络  

摘要： 水分子在液态水中的重定向和扩散在许多过程中都是必不可少的。我们使用基于密度泛函理论的分子动力学方法对液态体相水进行了模拟。我们发现液态水中一种具有明显特征的氢键构型改变过程:氢键的供体-受体交换(DA交换)。为了找到DA交换在氢键构型改变过程中的占比,我们设计了一种基于循环神经网络的分类模型,对氢键构型改变过程进行分类。通过该模型,我们发现液态体相水在不同温度下的DA交换和扩散过程的相对比例约为1:4。尽管DA交换和扩散过程的数量会随着温度的变化而改变,但是其相对比例基本上不变。该特征表明DA交换在液态体相水氢键网络动力学中的普遍性。作为了解高分子链内部结构的重要物理量,结构因子无论是在理论上还是实验上都受到极大的关注。通过深度神经网络,我们获得了一个有效的模型来计算高分子链的结构因子,而无需考虑波数和链刚性的不同区域。此外,利用训练后的神经网络模型,结合散射实验数据,我们预测了一些聚合物链的链长和库恩长度,结果表明我们的模型可以得到相当合理的预测结果。这项工作提供了一种计算高分子链结构因子的方法,该方法的预测精度高,同时有很好计算效率。另外,我们也为实验研究人员提供了一种测量任意高分子链的链长和库恩长度的方法。

关键词： 有机无机钙钛矿单晶   晶体生长   成核过程   聚合物控制   物理性能  

摘要： 有机无机钙钛矿作为一种新型半导体材料，在太阳能电池、发光二极管、光传感器、X射线探测器、γ射线探测器等领域有广泛的应用。有机无机钙钛矿单晶由于其低缺陷密度、高载流子迁移率、长载流子寿命，作为X射线探测器具有比商业探测器更高的灵敏度和更低的检测限。因而，生长高质量大尺寸的有机无机钙钛矿单晶是该材料在光电器件领域应用的重要问题，也是人们关注的重点之一。　　目前逆温生长法是常用的有机无机钙钛矿单晶生长方法。将材料溶解到有机溶剂中，由于其溶解度随温度升高而降低，在较高温度下生长出单晶。但此方法的缺点是形核速率高、容易产生杂相和缺陷结构，不利于大尺寸高质量单晶的生长。有机无机钙钛矿的晶体生长机制也有很多不清楚的地方。另外，由于研究者所得高质量单晶种类有限，有机阳离子/卤素混合对钙钛矿单晶的物理性质的影响也研究较少。　　针对上述问题，本论文从如何生长大尺寸高质量有机无机钙钛矿单晶为工作出发点，系统研究了钙钛矿的半导体性能和机械性能，最后提出了一种新的钙钛矿晶体生长机制，具体内容如下:　　(1)本文开发了一种聚合物控制有机无机钙钛矿单晶生长的方法。通过向前驱液添加聚合物，有效抑制形核过程，得到大尺寸高质量的有机无机钙钛矿单晶。该方法具有普适性，可以得到了六种简单三元APbX3(A=FA、MA、Cs;X=I、Br、Cl)以及一系列MAPbIxBr3-x、MAPbBrxCl3-x（0≤x≤3）和FAyMA1-yPbX3(X=I、Br)(0≤y≤1)钙钛矿单晶。聚合物控制生长的有机无机钙钛矿单晶，单晶尺寸大、结晶性好、半导体性能优异。其中FAPbBr3单晶尺寸达到10mm，载流子寿命达到10199ns。FAPbI3单晶达到12mm，载流子寿命达到1393ns。首次制备出厘米尺寸高质量FAyMA1-yPbBr3单晶，其中MA0.16FA0.84PbBr3和MA0.33FA0.67PbBr3单晶的载流子寿命分别达到8712ns和8420ns。　　(2)本文利用混合有机溶剂调控FA/CsPbBr3的溶解度，首次生长出毫米尺寸的FA/CsPbBr3单晶。通过改变不同有机溶剂的混合比例，可以任意调控FA/Cs混合比例，且FA/Cs均匀分布在晶体中。当Cs混入FAPbBr3的A位时，钙钛矿单晶的热稳定性明显提高。例如，FAPbBr3的分解温度从271℃升高到FA0.17Cs0.83PbBr3的332℃。此外，FA1-xCsxPbBr3（0≤x≤1）单晶具有较高的载流子寿命，如FA0.17Cs0.83PbBr3的载流子寿命达到5031ns。FA/CsPbBr3单晶的合成、载流子测试和热稳定性研究还未见报道。　　(3)本文利用纳米压痕技术测试了MAPbIxBr3-x、MAPbBrxCl3-x和FAyMA1-PbBr3单晶的静态和动态力学性能，系统性研究了FA/MA在A位混合和I/Br或Br/Cl在X位混合对钙钛矿机械性能的影响，为有机无机钙钛矿柔性器件的商业化提供了力学性能参数。结果表明，有机阳离子（FA/MA）比例对FAyMA1-yPbBr3单晶的模量有很大的影响。在A或X位置的混合物显著提高了有机无机钙钛矿的硬度和耐磨性。FAPbX3显示出比MAPbX3更好的机械性能。动态力学响应表明，X位掺合料能明显降低蠕变应力指数（或提高应变速率敏感性），提高塑性。　　(4)本文发展了一种新的聚合物控制形核的有机无机钙钛矿晶体生长理论。利用电化学阻抗谱可以监控有机无机钙钛矿晶体生长过程。利用透射电镜技术研究了有机无机钙钛矿生长初期的晶体尺寸和粒径分布。结合电化学阻抗谱技术和透射电镜技术，添加聚合物聚丙二醇(PPG)后，FAPbI3纳米晶尺寸从3.3nm增长到197nm，形核浓度从4.2×1016/mL(FAPbI3/GBL)降低到8.8×1011/mL(FAPbI3/(GBL+PPG-3000))。利用动态光散射、拉曼光谱、紫外光谱证明了聚合物上的含氧官能团可以取代铅-卤素离子团上的碘离子。因此提出了一种新的理论:由于聚合物与铅卤化络合物之间的协同作用，聚合物有效控制了成核过程。PPG通过其氧基团占据了Pb(Ⅱ)离子的部分配位，取代了前驱体溶液中的配位碘离子和溶剂分子。当溶液加热到晶体成核温度时，PPG配位单体与碘铅配合物之间的平衡逐渐转移到解离状态，Pb-I6配合物形成并达到过饱和状态，最后产生形核。

关键词： 高分子材料   纳米孔道   自成核效应   物理老化  

摘要： 近年来，高分子在纳米空间中的凝聚态结构受到了广泛关注。本论文借助多孔阳极氧化铝(AAO)模板构筑了纳米孔道受限体系，借助扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、宽频介电松弛谱(DRS)等测试方法，研究了聚ε-己内酯(PCL)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)在受限空间中的结晶记忆效应，研究了聚苯乙烯(PS)在AAO中的玻璃化转变及物理老化行为。主要研究结果如下:　　***和PBS在AAO纳米孔中的自成核效应　　借助DSC研究了PCL和PBS在不同孔尺寸AAO中的自成核行为。两种高分子本体结晶具有较宽的自成核温度范围(DomainⅡ)。随着AAO孔尺寸的降低，首次观察到了DomainⅡ宽度的连续变窄。当AAO孔直径小于60nm时，DomainⅡ消失，DomainⅠ直接过渡到DomainⅢ。熔体记忆效应区(melt memory，DomainⅡa)先于自晶种区(self-seeding，DomainⅡb)变窄和消失。实验结果揭示了自成核密度与微区密度相对大小，与自成核效应之间的关系。借助受限空间可建立自成核效应的尺寸依赖性，为估算高分子在不同温度下的自成核密度提供了方法。　　***在AAO模板中的玻璃化转变及物理老化　　借助DSC和DRS，对受限在AAO纳米孔中的PS的玻璃化转变进行了研究，发现AAO中PS出现两个玻璃化转变过程，对应形成界面惰性层-内部本体层的双层结构，与文献报道一致。进一步探究了热历史对玻璃化转变温度的影响，确定PS/AAO界面吸附发生的温度为～115℃。通过测定热焓松弛研究了物理老化过程，发现受限在孔径为400nm的AAO中，PS的物理老化速率最快，在更小孔(100nm)中又逐渐变慢，在孔径为40nm的AAO中，PS的物理老化速率与本体基本相同。基于非平衡态的观念，对物理老化速率的变化的原因进行了讨论。