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关键词： 高分子物理   混合教学   课程改革  

摘要： 《高分子物理》是高分子材料专业的一门重要专业基础课,高分子专业相关方向研究生的入学考试科目之一。该课程的知识点多、学时长,本文结合这门课程的特点,探讨了课外教学和课堂教学相结合的混合教学模式,有助于提高学生的学习积极性和学习效果。

关键词： 超高分子量聚乙烯   双向拉伸   多孔材料   纤维晶分离   重金属吸附  

摘要： 因其大比表面积特性,优异的力学性能、耐腐蚀性和高性价比,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)多孔材料在能源、环境等领域应用的越来越广泛。UHMWPE微孔膜和多孔纤维加工涉及凝胶挤出、单向或双向拉伸、溶剂萃取、干燥等工序,是多维加工外场(拉伸倍率、拉伸温度、拉伸方式等)作用下多尺度结构演化的动态连续过程。理解其拉伸过程中的微观结构演变机理,建立加工—结构—性能关系是实现微孔膜和纤维结构、性能精准调控的关键。作为二维材料,微孔膜均采用双向拉伸的方式制得,加工过程中需经历纵向与横向二维应力场和温度场的耦合作用。然而,关于拉伸诱导的UHMWPE结构演化的研究大多是在一维应力场作用下,其在二维应力场及温度场共同作用下UHMWPE的晶体演化过程研究较少。本论文基于薄膜拉伸加工物理多尺度结构研究平台,结合扫描电镜(SEM)等离线表征技术研究了双向拉伸二维应力场作用下UHMWPE凝胶膜的结构演化机理,构建了纵向、横向二维应变参数空间内形态相图;研究了温度场作用下UHMWPE微孔膜的结构演化机制和力学行为;研究了 UHMWPE多孔膜和多孔纤维在分离、离子吸附等水处理领域的应用。主要的研究成果和结论如下:(1)利用宽角X射线衍射(WAXD)技术研究了含液体石蜡(也称石蜡油)的UHMWPE凝胶膜在异步双向拉伸过程中的晶体结构演化机理,同时采用SEM对拉伸、萃取、干燥后的微孔膜的表观形貌进行表征。结果表明:在纵向拉伸过程中,发生片晶向纤维晶转化,转化机理为熔融再结晶;而对于横向拉伸过程,其结构演化机理取决于纵向拉伸比(简称纵拉比),即:(1)纵拉比小于3时,横向拉伸过程中,沿纵拉方向(MD)微弱取向的片晶通过熔融重结晶转变成沿横拉方向(TD)取向的纤维晶;(2)纵拉比是4到6时,发生MD的纤维晶向TD倾斜;(3)纵拉比大于6时,沿MD取向的微纤被撕裂成更细的微纤或者纤维晶,随后发生纤维晶向TD的倾斜。在理解双向拉伸结构演化机理的基础上,构建了二维应变空间内的晶体形貌相图,为UHMWPE微孔膜加工工艺窗口选择提供指导。(2)以UHMWPE微孔膜为材料体系,系统研究了其在双向拉、温度外场作用下力学行为及微观形变机理。采用SEM表征了不同拉伸工艺下微孔膜的表观形貌,基于图像处理软件统计了纤维直径、孔径及表面孔隙率;同时采用WAXD研究了拉伸外场作用下UHMWPE多孔膜晶体结构演化。研究表明:(1)随拉伸温度的升高,MD与TD屈服应变均呈减小趋势,表明在拉伸过程中温度越高,越会过早发生屈服;(2)随拉伸温度升高,UHMWPE微孔膜微观结构演化呈现三种不同形变机理,微孔演变存在四种机制,即孔径增大、纤维细化、直径减小、孔数量增加、纤维层间滑移分离,温度不同四种机制主导作用不同。该研究工作为UHMWPE微孔膜晶体形态、孔结构、孔隙率等结构、性能调控提供基础数据。(3)在理解双向拉伸外场作用下UHMWPE微观结构演化机理的基础上,采用双向异步拉伸制备了 UHMWPE纳米纤维膜,其具有孔径分布均一、力学性能高等特点。采用WAXD和SEM分别研究了纤维取向程度和薄膜的表面形貌。结果表明,纳米纤维薄膜由纤维骨架和骨架之间的微孔构成,纤维直径在30～40 nm之间,孔径在19～26 nm之间。同时,UHMWPE纳米纤维膜的模量最大值为1186 MPa,拉伸强度最大值为154 MPa,大约为传统电纺纳米纤维膜的10倍。分离实验表明在水通量约100 L/m2.h条件下,纳米纤维膜可以有效截留分子量大于100 kDa的分子,截留率大于90%,其在微滤领域表现出广阔的应用前景。(4)以UHMWPE多孔纤维为基体,采用γ射线辐照技术对其进行改性,研究了丙烯酸改性纤维(UHMWPE-g-PAA)对水溶液中铜离子(Cu2+)的吸附能力。采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、能谱仪(EDS)、SEM及拉伸仪对改性纤维结构、形貌、性能进行表征。结果表明,丙烯酸改性的UHMWPE多孔纤维(UHMWPE-g-PAA)具有突出的亲水性。同时改性后UHMWPE-g-PAA纤维具有优异的力学性能,其拉伸强度约0.4 GPa。采用准一级、准二级和粒子内扩散模型,研究了辐照剂量和聚丙烯酸(PAA)接枝程度对改性UHMWPE-g-PAA纤维吸附动力学的影响。结果表明,UHMWPE-g-PAA纤维吸附容量可达63 mg/g,并且吸附过程完全符合Cu2+溶液吸附的准二级动力学模型。该工作制备的高强度、亲水性和多孔UHMWPE-g-PAA纤维在污水处理中具有广阔的应用前景。

关键词： 雨课堂   高分子化学与物理   教学改革  

摘要： 高分子化学与物理是复合材料专业的专业核心课程,其理论性强,内容抽象,学生较难理解。雨课堂作为一种智慧型的教学工具,可以将课前复习、课堂教学和课后复习有效结合起来,有效提高教师教学效率和学生学习效率。

关键词： 高分子物理课   互动式教学   探索和实践  

摘要： 互动式教学方式的重点是互动,是学生的学习兴趣和学习需求,所以在高分子物理课程教学中能够提高学生的主动性,实现提升教学效果的目的。鉴于此本文以高分子物理课课程中的互动式教学探索和实践为研究对象,对物理互动式教学的意义、高分子物理课课程中存在的问题进行了阐述,并提出了高分子物理课课程互动式教学策略,期望对提高互动式教学实践提供有价值的参考。

关键词： 含氢键半结晶高分子   聚酰胺   三醋酸纤维素   结构演变   同步辐射广角散射  

摘要： 含氢键半结晶高分子由于氢键的存在,具有优异的耐热性能和力学性能等,被广泛应用于高科技领域。但是,氢键的存在也阻碍了高分子链的排列、取向,给这类高分子材料的加工带来了巨大的困难。含氢键半结晶高分子材料的加工方式都涉及复杂条件下的拉伸形变过程。拉伸形变过程是高分子材料获得高取向、高性能的重要过程。因此,研究含氢键半结晶高分子在不同外场条件下拉伸形变过程中的结构演变,可以帮助我们掌握拉伸形变过程中氢键对半结晶高分子结构演变的影响规律,了解拉伸对氢键网络的影响,从而为含氢键半结晶高分子材料加工过程的改善、性能的提高提供理论依据和技术支撑。但是,目前缺少关于含氢键半结晶高分子材料在拉伸加工过程中结构演变这方面的系统研究,氢键对这类高分子材料在加工过程中结构演变的影响仍然不清楚。本文以聚酰胺46（PA46）和聚酰胺66（PA66）为柔性链含氢键半结晶高分子材料的代表,以三醋酸纤维素（TAC）为刚性链含氢键半结晶高分子材料的代表,利用同步辐射广角X射线散射（WAXS）,结合傅里叶红外光谱（FTIR）等技术,原位研究了以上含氢键半结晶高分子在拉伸形变过程中的结构演变,并探索了不同条件水蒸汽对TAC膜在拉伸形变过程中结构演变的影响,促进和推动了对拉伸诱导相变、拉伸对氢键网络的影响以及含氢键半结晶高分子拉伸形变机理等物理问题的进一步理解和认识,为高性能含氢键半结晶高分子材料的加工提供了理论基础。本文主要研究内容和结果如下:（1）利用原位同步辐射WAXS和原位FTIR,结合动态力学分析（DMA）,研究了PA46膜在37-249℃温度范围内拉伸形变过程中的结构演变。实验温度范围分为三个区间。在区间I（37℃≤T<180℃）,拉伸使α相（三斜结构）的（100）和（010/110）衍射峰之间的间距增大,与加热的效果相反。在区间II（180℃≤T<230℃）,拉伸诱导了Brill逆转变,伴随着γ相（六方结构）的单衍射峰分裂为α相的（100）和（010/110）两个衍射峰,氢键的排列由随机无序的变成片状有序的。随着拉伸应变的进一步增加,分裂出来的两个衍射峰再次合并成一个衍射峰。与此同时原位FTIR检测结果表明反式（trans）构象的含量在不断增加,据此推测拉伸可能诱导PA46形成了一种新的相,这种相是介于α相和γ相的中间相,称为α?相。在区间Ⅲ（230℃≤T≤249℃）,γ相可能越过α相直接转变为α?相。上述研究结果表明,拉伸对PA46晶体结构的影响与加热相反,拉伸可以诱导PA46的Brill逆转变。本工作构建了PA46在应变-温度空间和真实应力-温度空间的非平衡结晶相图以及不同温度下拉伸过程中结构演变的模型图,有望为PA46的加工提供理论指导。（2）采用同步辐射WAXS和FTIR,原位研究了PA66膜在不同温度下拉伸过程中的结构演变。实验温度范围34-213℃可以分为四个温度区间。在区间I（34℃≤T<78℃）,拉伸迫使α相（室温三斜结构）晶面（100）和（010/110）的衍射信号间隙增大,与加热的趋势相反。在区间I和II（78℃≤T<185℃）,拉伸诱导了α?相（高温三斜结构）向α相（室温三斜结构）的转变,在转变前（002）晶面间距快速增大,FTIR结果显示trans构象含量在不断增加。在区间IV（185℃≤T≤213℃）,拉伸初期拉伸诱导了Brill逆转变,γ相的单衍射峰分裂为α?相的双衍射峰,FTIR结果中trans构象的吸收带发生从无到有的转变;随着拉伸应变的进一步增加,trans构象含量不断增加,达到一定应变后,拉伸诱导了α?-α相转变。上述研究结果表明,拉伸对PA66晶体结构的影响也与加热相反,拉伸可以诱导PA66的Brill逆转变,这与PA46的研究结论相同,进一步在验证了PA46的研究结论,也表明这些结论可能是聚酰胺的共性。此外,拉伸还可以诱导PA66的高温三斜结构（α?相）向室温三斜结构（α相）的转变。本文构建了应变-温度空间和真实应力-温度空间中PA66的非平衡结晶相图以及PA66在不同温度下拉伸过程中结构演变的模型图,希望为PA66的加工提供帮助。（3）通过原位同步辐射WAXS、DMA和DSC,研究了TAC膜在不同温度下拉伸过程中的结构演变。研究结果表明,TAC膜在不同温度区间拉伸过程中的结构演变机理不同。在60℃至125℃温度范围内,由于吸湿水分削弱了氢键的作用,TAC膜在拉伸过程中的结构演变受到吸湿水分的严重影响,导致结晶度出现了较大的变化。在Tg（195℃）附近的温度下拉伸,TAC膜的结晶度和晶粒尺寸随应变的变化不大,但是晶体取向容易。有趣的是,TAC膜在不同温度下拉伸过程中呈现出多种形变机理,包括无定形的拉伸、晶体的滑移、拉伸诱导结晶、晶体的破坏与重结晶,而这些是柔性链半结晶高分子常见的形变机理。本文研究促进了对刚性链含氢键

摘要： 2017年,教育部高等教育司发布《关于开展新工科研究与实践的通知》,国家决定开展新工科的实践与研究,这一历史事件标志着中国新工科建设已经从理论拓展到实际研究,并且新工科建设一举成为产业及教育两大领域关注的核心问题。总结起来,新工科的内涵主要为:以立德树人为引导,学校以培养具备多元化能力和创新精神的卓越工程人才为目标[1]。在高校转型发展过程中,新工科的提出和建设为省属院校（如本文中提到的大连工业大学）创造了良好条件,主要表现在可为这些省

关键词： 高分子物理   实验项目   验证性实验   综合性实验  

摘要： “偏光显微镜观察聚合物结晶形态”实验项目是高分子物理实验中一个重要的实验项目,本文通过对实验内容的设计扩展,将传统的验证性实验项目转化为综合性实验项目,使学生能更加形象生动地理解各种聚合物结晶形态的形成机理,激发了学生的实验热情,教学效果良好。

关键词： 工程教育认证   课程评价   高分子物理   课程考核  

摘要： 针对目前课程评价体系中存在的以总结性评价为主、忽略学习过程、期末试卷主要考察背诵、课后作业敷衍等问题,基于工程教育认证核心理念对课程评价体系进行了设计,包括按照"成果导向教育"为指导来组织期末考试试卷,"以学生为中心"来设计作业模式和引入形成性评价以达到"持续改进"效果三种主要措施。在《高分子物理》课程中实践了新的课程评价方案,期末考核结果及对学生的问卷调查都表明课程评价方案改革取得了很好的效果。

关键词： 高分子物理实验   实验内容   一体化设计  

摘要： 在高分子物理实验教学中,为消除学生对实验内容的零碎感,提出了实验内容一体化设计的思路。以高分子"链结构与凝聚态结构"和"分子运动、结晶结构与力学性能"的相关实验为例,设计了采用同一样品串联实验内容,并利用"旧"实验知识控制"新"实验样品制备条件,实现了实验内容的前后一体化。同时,指出了目前该方法存在的问题。

关键词： 高分子化学与物理   问卷调查   授课方式   教学方法  

摘要： 以吕梁学院2016级材料化学专业72名学生为问卷调查对象,调查其对高分子化学与物理课程的课程认识、课程内容、学习态度、课程满意度及授课方式五个方面的认识。调查结果显示,学生普遍认为课程内容抽象,认识不足,学习态度较为积极,满意程度较好,在授课方式上,学生更注重知识的传递方式,更希望进行互动式学习,这也要求教师不断改进教学方法,以激发学生的学习兴趣,提高学生的综合能力。