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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： 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： 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。

关键词： 采空区   充填材料   黄土   高分子吸水树脂   强度  

摘要： 公路工程在穿越采空区时,在路基及行车荷载作用下,下伏采空区出现“活化”,地表残余变形增大,导致公路出现裂缝、坍塌、路面坡度变化等一系列破坏。采空区充填是有效解决问题的重要方法之一,针对目前充填材料存在的成本高、充填不接顶、地下污染严重等问题,本文采用黄土、水泥和高分子吸水树脂（SAP）制备SAP充填材料,通过室内试验对其充填可行性进行研究,重点分析了不同因素对SAP充填材料的工作性能、力学性能及膨胀性能的影响。开展了原材料及双材料研究,首先对原材料的各项基本性能指标进行试验研究,了解原材料的基本性能,采用离心机对黄土浆、水泥浆及其混合浆液进行离心,得到与原浆液有相同离子环境的离心液,并测试SAP在离心液中的吸水量,以此代表SAP在真实浆液中的吸水量,研究SAP在料浆中的吸水能力,并为SAP掺量提供参考。再通过不同比例黄土和水泥的坍落度及强度试验,得到满足坍落度和强度要求的水土比及水泥掺量。最后由黄土与SAP、水泥与SAP的坍落度试验,研究了SAP对其坍落度的影响,得到了合适的SAP掺量范围。基于原材料及双材料试验的研究结果,确定了SAP充填材料水土比、水泥掺量、SAP掺量三个配比因素的具体水平,并通过坍落度、流动性、泌水率试验研究了三个因素对SAP充填材料工作性能的影响。通过强度试验、微观电镜扫描及膨胀率测定研究了三个因素对SAP充填材料强度及膨胀性的影响。然后根据相应性能的充填指标要求,逐步筛选得到符合条件的最优配合比。最后,从长期性的角度出发,研究了SAP充填材料在长期条件下对碱溶液及不同盐溶液的抗侵蚀能力,根据了充填体在不同腐蚀溶液中的质量及强度变化情况,得到了其对不同离子的抗侵蚀能力大小,并由干缩和温缩试验,得到充填材料干缩应变与龄期和失水率之间的关系及温度敏感区间。基于上述研究得到了一种低水泥、有膨胀且无污染的新型采空区充填材料,并且给SAP在工程中的应用提供了新的途径。

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： 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： 土壤改良剂   土壤水   土壤结构   水土保持  

摘要： 由于某些不合理耕作栽培措施的持续影响,我国部分地区土壤物理性质逐渐退化。高分子材料因其具有独特的分子结构,内含丰富的活性基团,以及良好的粘结性,在土壤物理性质改良方面具有实质效果,受到了越来越多研究人员的关注。本文通过综合国内外对高分子材料在土壤物理性质改良方面的研究,主要对天然高分子(多聚糖类、腐殖酸类、纤维素类、木质素类)和合成类高分子(阴离子型、阳离子型、非离子型)的类型及其功能进行了详细的分类概括和综述,同时简要阐述了不同高分子改性材料及其与其他改良材料联合作用在改良土壤物理性质、减少水土流失方面的研究现状,并结合当前高分子材料在土壤改良研究中存在的问题,提出了新的看法与展望。

关键词： 高分子物理实验   纤维拔除   剪切致晶   横晶   球晶   聚丙烯  

摘要： 通过热台控温,观察预埋入的玻璃纤维诱发聚丙烯等温结晶生长出横晶结构的现象;然后在聚丙烯熔体中拔除预埋入的玻璃纤维,观察剪切致晶诱发的横晶及其生长过程;最后通过纤维拔除后的退火实验设计,验证聚合物分子链结晶过程的松弛特性。对传统偏光显微镜观察聚丙烯球晶形态的高分子物理实验进行了全新设计,加深了学生对球晶和横晶结构的认知以及对异相成核、剪切致晶过程的理解。实验具有创新性和合理性,且操作简便,教学效果显著。

关键词： 高分子物理   思维导图   课程  

摘要： 针对《高分子物理》课程的交叉性和内容繁杂等特点,在对目前教学现状及存在问题分析的基础上,将思维导图引入到教学过程中,联通各章相关知识点间的可视化关系,并通过学生在学习过程中的分组参与,提高学生的学习主动性。