《高分子物理》互动教学法的实例——橡胶网络理论

《高分子物理》是高分子专业本科生教学中的重难点。本文展示了橡胶网络理论的教学过程,介绍一种互动式教学方法。橡胶弹性理论中,通常用仿射变形来描述橡胶交联网的变形,即交联点按与橡胶试样的宏观变形相同的比例移动。但是,人们对于物理交联是否存在仍有争议,于是提出了交联网的相邻网链可以相互横切的幻象网络模型。通过让学生预先对仿射网络和幻象网络模型进行调研,然后进行课堂讲解的方法,让学生更深刻地掌握橡胶网络理论中的难点。这种方法让学生很好地理解知识点,具有良好的教学效果。     

High-sensitivity Bloch surface wave sensor with Fano resonance in grating-coupled multilayer structures

A new type of device consisting of a lithium niobate film coupled with a distributed Bragg reflector (DBR) was theoretically proposed to explore and release Bloch surface waves for applications in sensing and detection. The film and grating made of lithium niobate (LiNbO₃) were placed on both sides of the DBR and a concentrated electromagnetic field was formed at the film layer. By adjusting the spatial incidence angle of the incident light, two detection and analysis modes were obtained, including surface diffraction detection and guided Bloch detection. Surface diffraction detection was used to detect the gas molecule concentrations, while guided Bloch detection was applied for the concentration detection of biomolecule-modulated biological solutions. According to the drift of the Fano curve, the average sensor sensitivities from the analysis of the two modes were 1560 °/RIU and 1161 °/RIU, and the maximum detection sensitivity reached 2320 °/RIU and 2200 °/RIU, respectively. This study revealed the potential application of LiNbO₃ as a tunable material when combined with DBR to construct a new type of biosensor, which offered broad application prospects in Bloch surface wave biosensors.     

稀土三元催化体系ZnO/SiO2负载化及季铵盐催化CO2与环氧丙烷合成高分子量聚碳酸酯

由环氧丙烷(PO)和CO2交替共聚合成脂肪族聚碳酸亚丙酯,CO2利用率高, 所得产物具有一定的力学性能和生物降解性能, 具有广泛应用前景. 目前, 用于CO2和环氧化合物共聚的催化体系主要包含锌、钴、镉、铬、铝和稀土等金属活性中心, 结构、活性各异的催化剂体系, 其催化性能和产物性能也各具特色. 其中, 稀土三元催化剂(ZnEt2-甘油-三氯乙酸钇)因合成聚碳酸酯产物的分子量高、碳酸酯单元含量高、聚醚及环碳酸酯副产物少的特点而受到关注. 但是由于催化剂催化效率低, 聚合时间长, 产品成本高, 使得工业化规模生产受到限制.本文基于稀土三元催化体系, 将催化剂负载于硅胶及锌改性硅胶, 优化了其制备条件, 同时考察了添加季铵盐对催化CO2/环氧丙烷共聚合成聚碳酸酯性能的影响. 结果表明, 在1 L聚合釜中, 于3.5 MPa和70 oC反应条件下, ZnO担载量及ZnO/SiO2添加量对反应性能均有影响. 当3 wt% ZnO/SiO2的添加量为5 g时, 稀土三元催化体系的活性为4845.2 g/molZn..所得聚合物经过多次纯化处理后, 能够有效提高材料的热学性能, 即有效除去产物中的ZnO对聚合物的热稳定性有重要作用. 添加含有不同阴离子(F- , Cl- 和Br- )的季铵盐可显著影响稀土三元催化剂的活性. 其中, 仅四甲基氟化铵可以明显提高反应活性乃至聚合物分子量. 在3 wt% ZnO/SiO2载体和四甲基氟化铵的协同作用下, 稀土三元催化体系的共聚性能明显提 升, 活性最高可达5223.0 g/molZn. 聚合物结构分析表明, 在载体和四甲基氟化铵存在下, 聚合物分子量明显提高, 可达到20万以上, 分子量分布明显变窄, 且聚合物结构如碳酸酯的单元含量、副产物含量以及聚合物产品玻璃化温度基本不变, 后者均保持在40-41 ?C. 基于此, 我们提出了在ZnO改性硅胶载体及四甲基氟化铵存在下稀土三元催化体系催化CO2/环氧丙烷共聚的反应机理: ZnO/SiO2载体有利于稀土三元催化体系的分散, 而四甲基氟化铵则有利于吸附在ZnEt2上的环氧丙烷开环.     

制备方法对聚合物共混物相分离与黏弹弛豫的影响

采用小角激光光散射(SALLS)和动态流变方法研究了通过不同制备方法得到的等规聚丙烯/乙丙橡胶共混物(iPP/EPR)的相分离行为与黏弹行为.依据Cahn-Hilliard-Cook理论分析了熔融共混和溶液共混法制备的质量比为60/40和40/60的iPP/EPR共混物在恒温相分离早期的动力学,发现熔融共混iPP/EPR具有更大的表观扩散系数(Dapp).相分离中后期的实验结果表明,当相区尺寸增长程度相同时,熔融共混试样所用时间更短.表明熔融共混iPP/EPR试样具有更快的相分离速率.动态流变测试结果表明,与溶液共混相比,熔融共混试样具有更快的松弛速率.考虑到相分离过程实质是由高分子链的运动与扩散所控制,两种方法制备的iPP/EPR共混物相分离速率的差异应归于其分子链运动能力的不同.     

氢氧化铁溶胶制备条件对其电泳等性能的影响

In order to explore the optimum preparation conditions, effects of FeCl₃ dosage, hydrolysis temperature and dialysis time on the particle size, conductivity, pH and double layer potential (ζ) of Fe(OH)₃ sol were systematically studied. The ultraviolet-visible reflection spectrophotometry was used to track the particle size of Fe(OH)₃ sol. With the increase of FeCl₃ dosage, the particle size of the colloid increased, the reflectivity decreased and the reflection wavelength shifted to longer wavelength, which is in accordance with the quantum confinement effect theory. The excessive Cl^- would inhibit the conductivity, and the stability of Fe(OH)₃ sol with larger particle size would be worse. Because of the better synergistic effect of q/m and V/l under the action of electric field of 80 V with electrophoresis, the ζ of the Fe(OH)₃ sol prepared under the optimum conditions (c_FeCl3, 0.01 mol·L^-1; 100℃; dialysis time, 1 d) was 43.67 mV which was most close to the theoretical value of 44.00 mV.     

稀土三元催化体系ZnO/SiO_2负载化及季铵盐催化CO_2与环氧丙烷合成高分子量聚碳酸酯（英文）

由环氧丙烷(PO)和CO_2交替共聚合成脂肪族聚碳酸亚丙酯,CO_2利用率高,所得产物具有一定的力学性能和生物降解性能,具有广泛应用前景.目前,用于CO_2和环氧化合物共聚的催化体系主要包含锌、钴、镉、铬、铝和稀土等金属活性中心,结构、活性各异的催化剂体系,其催化性能和产物性能也各具特色.其中,稀土三元催化剂(ZnEt_2-甘油-三氯乙酸钇)因合成聚碳酸酯产物的分子量高、碳酸酯单元含量高、聚醚及环碳酸酯副产物少的特点而受到关注.但是由于催化剂催化效率低,聚合时间长,产品成本高,使得工业化规模生产受到限制.本文基于稀土三元催化体系,将催化剂负载于硅胶及锌改性硅胶,优化了其制备条件,同时考察了添加季铵盐对催化CO_2/环氧丙烷共聚合成聚碳酸酯性能的影响.结果表明,在1 L聚合釜中,于3.5 MPa和70 ℃反应条件下,ZnO担载量及ZnO/SiO_2添加量对反应性能均有影响.当3 wt%ZnO/SiO_2的添加量为5 g时,稀土三元催化体系的活性为4845.2 g/mol_(Zn).所得聚合物经过多次纯化处理后,能够有效提高材料的热学性能,即有效除去产物中的ZnO对聚合物的热稳定性有重要作用.添加含有不同阴离子(F~-,Cl~-和Br~-)的季铵盐可显著影响稀土三元催化剂的活性.其中,仅四甲基氟化铵可以明显提高反应活性乃至聚合物分子量.在3 wt%ZnO/SiO_2载体和四甲基氟化铵的协同作用下,稀土三元催化体系的共聚性能明显提升,活性最高可达5223.0 g/mol_(Zn).聚合物结构分析表明,在载体和四甲基氟化铵存在下,聚合物分子量明显提高,可达到20万以上,分子量分布明显变窄,且聚合物结构如碳酸酯的单元含量、副产物含量以及聚合物产品玻璃化温度基本不变,后者均保持在40.41℃.基于此,我们提出了在ZnO改性硅胶载体及四甲基氟化铵存在下稀土三元催化体系催化CO_2/环氧丙烷共聚的反应机理:ZnO/SiO_2载体有利于稀土三元催化体系的分散,而四甲基氟化铵则有利于吸附在ZnEt_2上的环氧丙烷开环     

双层微球壳流固耦联振动及声散射分析

为研究在药物输送中常用包裹药物的双层壳体声散射特性,本文建立了双层微球壳与其内外流体耦联振动模型。通过求解在超声波作用下各层球壳与内外流体的耦合作用方程,得到了球壳径向位移的级数形式解;利用此级数解分析了球壳的材料参数和几何参数对声散射特性的影响。结果表明：散射率曲线的峰值总是出现在耦联系统的固有频率处;内层球壳的密度增大200kg/m3时,第1阶子波的第2个散射率峰值增大了13.9%,但对第0阶子波基本无影响;内层球壳的杨氏模量增大40MPa时,固有频率增加近20%;外层球壳厚度增加0.1μm时,固有频率增大的幅度较小,但各散射率峰值减小幅度均大于9%。这些结果有助于了解双层微球壳声散射特性,从而指导药物包裹体的参数设计。