高分子杂质分析

&beta -内酰胺类抗生素中的高分子杂质是引发速发型过敏反应的过敏原，是药物质量控制过程中的重点检测项目。目前药典中关于&beta -内酰胺类抗生素中高分子杂质的测定多采用葡聚糖凝胶Sephadex G-10自填装玻璃管柱，存在柱效低、分离时间长、分离度差、批间重现性差、操作不便等缺点，为了解决这些问题，采用小粒径、高分辨率的体积排阻色谱成品柱已成为&beta -内酰胺类抗生素中高分子杂质检测的必然趋势。 赛分科技体积排阻色谱柱SRT(5 &mu m)、 Zenix&trade (3 &mu m)&mdash &mdash 水溶性体积排阻色谱柱 SRT和Zenix色谱柱固定相采用专利的表面修饰技术(专利US 7,247,387B1和US 7,303,821B1)，通过在高纯度具有良好机械稳定性的硅胶基质上，键合一层均匀的纳米厚度中性亲水薄膜而制备得到。 ● 采用可控的化学修饰技术，能确保柱与柱之间有着可靠的重现性；● 精心设计的大孔体积可保证高的分离容量以及优异的分辨率；● 表面亲水涂层覆盖完全，使之具有优异的色谱柱稳定性，延长色谱柱寿命；● 低盐浓度洗脱，适合LC-MS分析；● 专利的表面修饰层，确保对样品的最大回收率；● 广泛适用于生物分子及水溶性聚合物的分离和检测。 SRT和Zenix色谱柱对于水溶性&beta -内酰胺类抗生素中高分子杂质的检测具有良好的效果。Mono GPC &mdash &mdash 油溶性体积排阻色谱柱 Mono GPC以具有极窄粒径和孔径分布的高交联度聚苯乙烯/二乙烯苯(PS/DVB)颗粒为基质，孔径分布均一，使分析中保留时间与分子量具有准确的线性关系。高交联度的多孔颗粒具有优异的化学和物理稳定性，因此在更换有机溶剂时可以使分子量校正曲线的形状及色谱柱的柱效几乎保持不变。Mono GPC填料具有大的孔体积，可确保对聚合物分离有着高的分辨率。 Mono GPC对于脂溶性&beta -内酰胺类抗生素中高分子杂质的检测具有良好的效果。Zenix-150对头孢地嗪钠高分子杂质的检测注：分离度按照2010版《中国药典》附录VH计算。&mdash &mdash 样品来源于某制药公司良好的批间重现性&mdash &mdash 色谱条件同上 Zenix SEC-150 材料 表面键合亲水薄膜的硅胶颗粒大小 3 &mu m孔径 (Å )~ 150蛋白分子量范围 500 - 150,000水溶性聚合物分子量范围 500 - 25,000pH 稳定性 2 &ndash 8.5，短时可耐pH 8.5-9.5反压 (7.8x300 mm)~ 1,500 psi最大耐受压力 (psi)~ 4,500盐浓度范围 20 mM - 2.0 M最高使用温度 (oC)~ 80流动相的兼容性 常规水相及有机相溶剂应用实例头孢地嗪钠头孢西丁头孢米诺钠头孢拉定头孢呋辛酯头孢地尼头孢泊肟酯美洛西林钠磺苄西林钠头孢尼西头孢噻肟钠头孢噻吩钠比阿培南阿莫西林头孢噻利头孢丙烯泰比培南酯磺苄西林钠破坏物盐酸头孢替安头孢硫脒头孢特仑新戊酯头孢哌酮钠 注：点击链接可见图谱。 优质服务● 提供免费的产品试用● 提供实际样品的色谱柱筛选和方法确认促销公告即日起至8月30日，凡购买一支体积排阻色谱柱，第二支体积排阻色谱柱享受五折优惠或赠送一支高端C18柱。注：第二支体积排阻色谱柱市场价不得高于第一支。订货信息产品名称粒度孔径规格订货号 SRT SEC-1005 &mu m100 Å 7.8x300 mm215100-7830 SRT SEC-1505 &mu m150 Å 7.8x300 mm215150-7830Zenix SEC-1003 &mu m100 Å 7.8x300 mm213100-7830Zenix SEC-1503 &mu m150 Å 7.8x300 mm213150-7830Mono GPC-1005 &mu m100 Å 7.8x300 mm230100-7830关于赛分科技 赛分科技有限公司（Sepax Technologies, Inc）总部位于美国特拉华州高新技术开发区，致力于开发和生产药物与生物大分子分离和纯化领域的技术和产品。赛分科技是集研发、生产和全球销售为一体的实业型企业。公司主要产品为液相色谱柱及耗材、固相萃取柱（SPE）及耗材、液相色谱填料以及分离纯化仪器设备。在液相色谱领域里，赛分科技已开发出了100多种不同型号的液相色谱材料，涵盖了反相、正相、超临界（SFC）、手性（Chiral）、离子交换、体积排阻、亲和、HILIC等各种类别，为世界范围内液相色谱产品最为完善的企业之一。 赛分科技的创新技术使之生产出具有最高分辨率及最高效的生物分离产品，包括体积排阻、离子交换、抗体分离、和糖类化合物分离色谱填料和色谱柱，可广泛地应用于单克隆抗体、各种蛋白、DNA、RNA、多肽、多糖和疫苗等生物样品的分析、分离和纯化。赛分科技先进的技术和完善的产品线已使赛分成为全球生物分离的领航者。 公司网站： www.sepax-tech.com.cn www.sepax-tech.com

各有关单位：《基于血小板活化生物标志物CD62p检测的中药注射剂活血化瘀活性评价方法操作规程》等4项团体标准于2023年8月1日立项，由天津市药品检验研究院、天津天士力之骄药业有限公司、现代中药创制全国重点实验室、天津药物研究院有限公司、天津红日药业股份有限公司、津药达仁堂集团有限公司中药研究院、天津宏仁堂药业有限公司、津药达仁堂集团股份有限公司乐仁堂制药厂等多家单位联合起草，根据《天津市医药行业协会团体标准管理办法（试行）》有关规定，在专家的指导下，高质量完成了4项团体标准的编制和必要流程，并通过审查。该4项团体标准于2024年5月31日发布并实施，现予以公告。本次发布的4项团体标准如下：T/TPPA 0007–2024《基于血小板活化生物标志物CD62p检测的中药注射剂活血化瘀活性评价方法操作规程》T/TPPA 0008–2024《麦冬（供注射用）质量标准》T/TPPA 0009–2024《五味子（供注射用）质量标准》T/TPPA 0010–2024《中药注射剂（真溶液型）中高分子杂质的测定高效分子排阻色谱-蒸发光散射检测法》团体标准发布公告20240531.pdf团体标准-TPPA0007-2024-基于血小板活化生物标志物CD62p检测的中药注射剂活血化瘀活性评价方法操作规程.pdf团体标准-TPPA0008-2024-麦冬（供注射用）质量标准.pdf团体标准-TPPA0009-2024-五味子（供注射用）质量标准.pdf团体标准-TPPA0010-2024-中药注射剂（真溶液型）中高分子杂质的测定高效分子排阻色谱-蒸发光散射检测法.pdf

仪器信息网联合《高分子学报》将于2022年11月10-11日合作举办“先进高分子材料”主题网络研讨会（2022），本届会议报告将聚焦于高分子材料研究与表征测试技术，邀请国内高分子领域的知名专家和国内外科学仪器厂商代表分享研究成果和前沿技术，致力于为国内高分子材料研究、应用及检测的相关工作者提供一个突破时间地域限制的免费学习平台，让大家足不出户便能聆听到相关专家的精彩报告。主办单位：仪器信息网&《高分子学报》会议日程及报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/polymer2022/本届先进高分子材料主题网络研讨会共设置了4个主题会场 ，分别是:高分子材料研究、大科学装置在高分子研究中的应用、高分子表征测试技术（上）、高分子表征测试技术（下）。大科学装置在高分子研究中的应用专场报告嘉宾简介：中国科学技术大学教授 李良彬 李良彬，中国科学技术大学讲席教授，博士，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，科技部“新型显示光学膜”创新团队负责人，国家“万人计划”领军人才。现任国家同步辐射实验室党委书记、副主任，合肥先进光源工作小组副组长。安徽省先进功能高分子薄膜工程实验室主任，中国科大-皖维PVA新材料、中国科大先研院-乐凯功能膜、中国科大先研院-国风集成电路与新型显示PI膜3个校企联合实验室主任。中科院“新型显示光学膜和离子交换膜等关键膜材料”建制化科研平台首席科学家，安徽皖维先进功能膜材料研究院有限公司首席科学家。美国化学学会Macromolecules杂志副主编。主要发展同步辐射先进技术和方法，研究高分子物理，开发先进高分子薄膜产品。近年主持国家自然科学基金委杰青、重大仪器、重点项目，科技部重点研发和中科院建制化平台等项目。通过校企联合实验室和横向项目等形式服务新型显示、新能源、新一代信息产业链薄膜企业40余家。获安徽省科技进步一等奖、教育自然科学二等各一项。同步辐射先进光源具有高亮度、波长连续可调、偏振和相干等特点，不仅是前沿基础研究不可或缺的平台，也是产业创新的利器。本报告以团队利用同步辐射开展高分子薄膜产品研发的工作，展示同步辐射在产业创新方面的潜力，希望能吸引更多企业利用同步辐射开展产品研发。报告题目：同步辐射先进光源——高分子产业创新的加速器散裂中子源科学中心研究员 程贺程贺，中国科技大学本硕博，美国国家标准与技术研究院访问学者。作为主要参与者建成我国第1台基于反应堆的小角中子散射谱仪，主持建设世界上第2台基于散裂源的微小角中子散射谱仪；公开发布我国第1套基于无序大分子中子全散射的数据分析软件（著作权2项），可重构无序大分子全原子最可几位置；发表60余篇论文，受邀在国内外会议上多次做分会邀请报告；主持了7项国家自然科学基金、1项国家重点研发项目子课题；现为中国化学会高分子材料分析技术与表征方法专业委员会、中国晶体学会小角散射专业委员会、中关村材料试验技术联盟科学试验标准化领域委员会委员；参与制定《无损检测中子小角散射检测方法》国家标准，正在主持制定相关团体标准。小角中子散射（SANS）是一种表征从纳米到微米尺寸物质特征结构的有力工具，配合中子的强穿透性和同位素辨识等特性，在高分子结构表征方面发挥着独特的作用。2019年11月，在广东省科技厅的资助下，微小角中子散射谱仪开始建设，将于今年底具备验收条件。为进一步发展用户，我们介绍了VSANS谱仪和机时申请方法，并分别介绍在高分子稀、浓溶液、熔体、玻璃态、晶态、复合物以及拉伸状态下测量其单链构象的实验方法。报告题目：中国散裂中子源微小角中子散射谱仪及其在高分子构象研究中的应用 上海交通大学研究员 刘烽刘烽，上海交通大学化学与化工学院教授，国家高层次人才入选者。2005年于华东理工大学取得本科学位；2008年于复旦大学取得硕士学位；2014年于麻省大学取得哲学博士学位，师从国际著名高分子科学家 Thomas Russell教授；随后在美国劳伦斯伯克利国家实验室（2014-2016）从事博士后研究。主要研究领域为有机薄膜光伏电池、同步辐射散射技术、质子膜燃料电池等。至今在包括Nature Materials, Nature Photonics, Nature Energy, Nature Communication, Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Joule 等重要学术期刊上发表论文300余篇，引用超过24000次，科睿唯安高被引科学家。报告检验阐述同步辐射散射技术的基本知识，包括散射的基本原理、广角/小角硬光散射、共振散射、原位散射实验的相关内容，并且结合相关实际应用案例展示同步辐射散射技术的应用优势。报告题目：同步辐射散射技术在高分子薄膜表征中的应用 岛津企业管理（中国）有限公司产品专员 蔡斯琪蔡斯琪，岛津市场部X射线光电子能谱仪产品专员，负责XPS在各行业市场推广工作。X射线光电子能谱仪是表面分析领域中一种崭新的分析技术，通过测量固体样品表面约10nm左右被激发出光电子的动能，进而对固体样品表面的元素成分进行定性、定量及价态分析。报告中主要介绍XPS原理、技术特点以及XPS在二维材料中的应用。报告题目：岛津XPS在二维材料表面分析中的应用研究会议日程及报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/polymer2022/

2015年7月，上海——赛默飞于近日发布了基于Thermo ScientificTM Q ExactiveTM Focus 组合型四极杆 Orbitrap 质谱仪的药物杂质分析解决方案，帮助用户快速高效地采集隐藏在大量母药中微量杂质的质谱信息，并对其进行有效的鉴定和定量分析。药物杂质因其可能对药品质量、安全性和有效性产生影响，目前已成为国内外药品监管机构的重点关注内容之一。药物中含有杂质会降低药物疗效，影响其稳定性，有的甚至对人体健康有害或产生其他毒副作用。因此，检测有关物质，控制纯度对确保用药安全有效，保证药物质量至关重要。赛默飞建立基于 Q Exactive Focus 的药物杂质分析解决方案，介绍了Q Exactive Focus 在药物杂质分析中的应用，从样品制备到结构解析帮助用户建立杂质分析工作流程和数据分析方法。Q Exactive Focus 是基于 Orbitrap 技术的台式高分辨质谱，将高性能四极杆的母离子选择能力与高分辨Orbitrap 的精确质量数（HR/AM）检测技术相结合，提供优异性能和出色多功能性，并能进行高精度的目标杂质筛选或非目标杂质鉴定，高品质的数据可提供更可靠更灵敏的杂质定性和定量检测。本解决方案还列举了Q Exactive Series 应用于药物分析的部分客户文章，以及提供了药物杂质研究相关的网站和参考信息。为用户在药物杂质分析领域带来新的质谱检测体验。产品链接：www.thermoscientific.cn/product/q-exactive-focus-hybrid-quadrupole-orbitrap-mass-spectrometer.html解决方案下载链接：www.thermoscientific.cn/content/dam/tfs/Country%20Specific%20Assets/zh-ch/CMD/MS/LSMS/documents/QE%20Focus%20drug%20impurity%20analysis.pdf-------------------------------------------------关于赛默飞世尔科技赛默飞世尔科技（纽约证交所代码：TMO）是科学服务领域的世界领导者。公司年销售额170亿美元，在50个国家拥有约50,000名员工。我们的使命是帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。我们的产品和服务帮助客户加速生命科学领域的研究、解决在分析领域所遇到的复杂问题与挑战，促进医疗诊断发展、提高实验室生产力。借助于首要品牌Thermo Scientific、Applied Biosystems、Invitrogen、Fisher Scientific和Unity Lab Services，我们将创新技术、便捷采购方案和实验室运营管理的整体解决方案相结合，为客户、股东和员工创造价值。欲了解更多信息，请浏览公司网站：www.thermofisher.com 赛默飞世尔科技中国赛默飞世尔科技进入中国发展已有30多年，在中国的总部设于上海，并在北京、广州、香港、台湾、成都、沈阳、西安、南京、武汉等地设立了分公司，员工人数约3700名。我们的产品主要包括分析仪器、实验室设备、试剂、耗材和软件等，提供实验室综合解决方案，为各行各业的客户服务。为了满足中国市场的需求，现有8家工厂分别在上海、北京和苏州运营。我们在全国共设立了6个应用开发中心，将世界级的前沿技术和产品带给国内客户，并提供应用开发与培训等多项服务；位于上海的中国创新中心结合国内市场的需求和国外先进技术，研发适合中国的技术和产品；我们拥有遍布全国的维修服务网点和特别成立的中国技术培训团队，在全国有超过2000名专业人员直接为客户提供服务。我们致力于帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。欲了解更多信息，请登录网站www.thermofisher.cn

仪器信息网联合《高分子学报》将于2022年11月10-11日合作举办“先进高分子材料”主题网络研讨会（2022），本届会议报告将聚焦于高分子材料研究与表征测试技术，邀请国内高分子领域的知名专家和国内外科学仪器厂商代表分享研究成果和前沿技术，致力于为国内高分子材料研究、应用及检测的相关工作者提供一个突破时间地域限制的免费学习平台，让大家足不出户便能聆听到相关专家的精彩报告。主办单位：仪器信息网&《高分子学报》会议日程及报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/polymer2022/本届先进高分子材料主题网络研讨会共设置了4个主题会场 ，分别是:高分子材料研究、大科学装置在高分子研究中的应用、高分子表征测试技术（上）、高分子表征测试技术（下）。高分子表征测试技术专场报告嘉宾简介：南京大学教授 胡文兵 1989年本科毕业于复旦大学材料科学系，1995年博士毕业于复旦大学高分子科学系，随后留校任讲师。1998-2003年 先后留学德国、美国和荷兰从事博士后研究，2004年任南京大学化学化工学院高分子系教授。主要从事高分子结晶相关的分子理论模拟和超快热分析研究。2005年入选教育部新世纪优秀人才培养计划，2008年获得国家自然科学基金委员会杰出青年科学基金资助，2020年获美国物理学会会士荣誉称号。目前担任Springer Nature 出版集团“软物质和生物物质”系列丛书高级编辑，《高分子学报》副主编，《功能高分子学报》、Chinese Journal of Polymer Science、Polymer Crystallization、Polymer International 和Molecular Simulation 期刊编委。本报告介绍最新发展起来的高速扫描量热技术及其Flash DSC设备，利用高速热流的准直性和样品的小尺度，根据傅里叶热导定律，可较为准确地测量微米厚度高分子薄膜的跨膜热导率。该方法具有材质普适性好和微尺度表征等优点，适应当前热管理系统微型化对高分子材料热导率表征的技术需求。报告题目：Flash DSC表征高分子薄膜材料热导率青岛科技大学教授 闫寿科1985年毕业于曲阜师范学院获学士学位，同年考入中国科学院长春应用化学研究所攻读硕士学位，1988年获理学硕士学位后在中国科学院长春应用化学研究所从事研究工作。1993-1996年在德国多特蒙德大学（Dortmund University）攻读中科院长春应用化学研究所和德国多特蒙德大学联合培养博士学位，获得博士学位后在德国多特蒙德大学化工系以固定研究人员身份从事研究工作。2000年获中国科学院百人计划，于2001年回中国科学院化学研究所工作任研究员、博士生导师。现在北京化工大学材料科学与工程学院/青岛科技大学高分子科学与工程学院从事教学和科研工作，任教授、博士生导师。主要研究方向是聚合物不同层次结构与性能。作为项目负责人承担和完成国家自然科学基金重大仪器、重点、面上、杰出青年以及山东省重大基础等科学基金项目。在Nat. Rev. Mater., Prog. Mater. Sci., Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci, Nano Energy, Macromolecules 等学术期刊发表论文400余篇、出版专论3章，申请发明专利10项。曾获山东省自然科学二等奖（2016）和云南省科技进步二等奖（2015）。准确揭示调控聚合物不同层次结构形成机制与精准调控技术具有重要学术价值和实际意义，得到广泛关注。透射电镜在聚合物不同层次结构研究发挥了重要作用，本文在简要介绍工作原理的基础上，以科研实例详细介绍其在聚合物晶体结构、形态结构等不同层次结构研究中的应用。报告题目：透射电镜在聚合物不同层次结构研究中的应用吉林大学教授 张文科吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室、化学学院教授。分别于1997年和2002年在吉林大学化学学院获学士和博士学位。2001年4月至2002年3月，在德国慕尼黑大学应用物理系博士联合培养。2003年3月至2007年5月先后在英国诺丁汉大学药学院及化学学院从事博士后研究。2007年6月加入吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室，并被聘为教授。2015年获得国家杰出青年科学基金资助，2018年入选国家万人计划领军人才。目前主要研究方向为：1）单分子力谱方法学；2）高分子结晶与形变；3）超分子及共价键力化学；4）纳米药物递送。担任中国化学会生物物理化学专业委员会委员。担任Giant, Chinese Journal of Polymer Science, Langmuir及 ACS Macro Letters杂志编委。本次报告将介绍我们研究组近年来在利用基于原子力显微镜技术的单分子力谱以及单分子磁镊方法研究聚合物纳米尺度力学性质以及聚合物高级结构动态演化方面的进展。报告题目：聚合物链的单分子操纵 - 从纳米力学性质到动态结构演变 赛默飞世尔科技（中国）有限公司高级应用工程师 邝江濛邝江濛，博士毕业于英国University of Birmingham地理地质及环境科学系，主要研究方向为利用质谱技术分析环境中的痕量污染物。本科及硕士毕业于清华大学环境学院。2021年加入赛默飞世尔科技（中国）有限公司，负责环境化工领域液相色谱质谱仪的应用支持工作，于质谱分析特别是高分辨质谱分析有着丰富的经验。化工材料， 尤其是高分子聚合材料由于其复杂的分子组成给其表征带来了很大的困难。赛默飞Orbitrap静电场轨道阱超高分辨质谱仪拥有超高的分辨率、准确的质量测定和稳定的质量轴，使得复杂材料的元素组成信息纤毫毕见，是材料表征的有力工具。本报告将简要介绍Orbitrap质谱仪的独特优势及其在材料分析领域的应用。报告题目：赛默飞Orbitrap静电场轨道阱超高分辨质谱在材料分析中的应用 中国科学院长春应用化学研究所研究员 门永锋门永锋，中国科学院长春应用化学研究所研究员，博士生导师。1995年7月毕业于东南大学，获学士学位 1998年7月毕业于中国科学院长春应用化学研究所，获硕士学位；2001年10月毕业于德国弗赖堡大学，获博士学位。2001年10月至2002年3月在弗莱堡大学物理系做研究助理，2002年4月至2004年3月在德国BASF公司做博士后，2004年4月起任职BASF公司Physicist。2005年3月起在长春应用化学研究所工作，现任高分子物理与化学国家重点实验室主任，高分子结构物理课题组组长，主要应用散射（X射线及中子）技术从事高分子结构演化及其与性能关系领域的研究，在高分子结晶机理、晶型选择及转变、力学形变破坏机理等方面取得系列成果。作为课题负责人先后承担了国家自然科学基金重点、杰青、面上等项目、国家重点研发计划项目、企业委托项目多项。发表论文140多篇，申请专利8项，其中授权6项。专业方向为“高分子物理”。曾任Macromolecules及Polymer Crystallization杂志顾问编委、现任Polymer Science杂志编委，中国晶体学会小角散射专业委员会主任、IUPAC Polymer Division Titular Member及其商用聚合物结构与性能委员会主席、中国化学会应用化学学科委员会委员。2014年入选科技部中青年科技创新领军人才，2015年获得国家自然科学杰出青年基金及英国皇家学会牛顿高级学者基金，2016年入选第二批万人计划科技创新领军人才，享受2018年度国务院政府特殊津贴。快速扫描芯片量热仪（FSC）是近年来发展起来的热分析技术，其快速的扫描速率可有效抑制材料升降温过程中的结晶、焓松弛、冷结晶、重结晶等行为，为动力学研究带来极大便利。本报告介绍应用FSC研究热塑性聚氨酯在不同温度下丰富的相分离、结晶及焓松弛等行为。报告题目：热塑性聚氨酯的快速扫描芯片量热仪研究 中国科学技术大学教授级高级工程师 丁延伟丁延伟，博士、中国科学技术大学教授级高级工程师。自2002年开始从事热分析与吸附技术的分析测试、实验方法研究等工作,现任中国化学会化学热力学与热分析专业委员会委员、全国教育装备标准化委员会化学分委会委员、中国材料与试验团体标准委员会科学试验领域委员会委员等。曾获中国分析测试协会科学技术奖（CAIA奖）二等奖，主持修订教育行业标准《热分析方法通则》(JY/T 0589.1~4-2020),以主要作者发表SCI论文30余篇，获授权专利7项。以第一作者或唯一作者身份出版《热分析基础》、《热分析实验方案设计与曲线解析概论》、《热重分析 —方法、实验方案设计与曲线解析》等热分析相关著作5部。热分析技术是高分子表征的常规手段之一，作为热分析中最常用的一种分析技术，热重分析技术在与高分子相关的热稳定性、组成分析、热力学和动力学性质研究中发挥着十分重要的作用。在实际应用中，完美的实验方案和科学、规范、准确、合理、全面的曲线解析是决定热重实验成败的关键因素。本报告结合报告人从事热分析的工作经历，对于如何充分发挥热重分析技术在材料分析表征中的作用、拓宽应用范围和数据质量等方面提出了一些建议。报告题目：热重分析技术在高分子科学中应用的常见问题分析西南大学教授 郭鸣明郭鸣明，教授,博士生导师,国家特聘专家,俄罗斯自然科学院美籍院士，南京大学化学系获学士（1982），硕士学位（1985）。复旦大学材料系获博士学位（1987）。先后在德国汉堡大学高分子科学研究所（洪堡学者。1990-1992）、美国纽约大学（1992-1994）从事高分子研究工作，曾任美国阿克伦大学高分子科学和工程学院核磁共振中心主任（1994-2013），中石化北京化工研究院首席专家，中石化高级专家（2013-2018）。现任西南大学化学化工学院教授，博士生导师，（2018至今）, 俄罗斯自然科学院院士（2021至今）。发表专利20篇.在国内外学术刊物上发表SCI收录论文140篇， 包括论著章节6篇，综述 7篇。研究方向：高分子化学，高分子物理，核磁共振，碳量子点，新型水溶性非共轭发光聚合物，金属纳米材料，碳纳米材料。新型石墨烯高分子纳米复合物。报告题目：原位核磁共振研究单体和高分子反应动力学和机理 清华大学副系主任/副教授 徐军徐军，博士，长聘副教授，博士生导师。1997 年清华大学化工系本科毕业，2002 年清华大学化工系博士毕业。2002 年毕业后留在清华大学化工系工作，聘为助理研究员。2006 年晋升为副教授。2011年到德国弗莱堡大学物理系Günter Reiter教授研究组进行洪堡学者访问研究。主要研究兴趣包括高分子结晶、生物降解高分子、动态共价高分子等。2011年入选洪堡学者，2012年入选教育部“新世纪优秀人才”，同年获得冯新德高分子奖（Polymer 刊物年度中国最佳文章提名）。理论和实验相结合，揭示了环带球晶的形成机理，测得了几种高分子结晶的次级临界核尺寸。生物降解聚二元酸二元醇酯研究成果在企业实现了万吨级产业化和广泛应用。本报告将介绍普通偏光显微镜、拥有可变偏振方向的PolScope系统以及Müller矩阵显微镜的基本工作原理。并结合具体案例，针对手性高分子环带球晶的形成机理问题，采用几种光学显微镜和原子力显微镜，确证了片晶连续扭转的微观机理。运用Müller矩阵显微镜，揭示了片晶扭转对固体薄膜旋光手性的影响。报告题目：运用先进光学方法研究高分子环带球晶的形成机理 北京大学教授 梁德海1994年获南开大学环境科学系学士学位，同年进入南开大学化学系攻读硕士。2001年在美国纽约州立大学石溪分校获得理学博士学位，并留任博士后。2006年加入北京大学化学与分子工程学院高分子科学与工程系，任副教授；2012年提升为教授。2011年得到教育部新世纪优秀人才计划的支持，2015年Elsevier第九届冯新德高分子奖最佳文章奖获得者。主要研究方向包括：基于生物大分子的非平衡态原始细胞模型的构筑及动态行为研究；多肽诱导脂质体膜内吞及外吐机理研究；大分子拥挤及限制作用的定量化研究；体内自调控的肺靶向siRNA传递载体研究。光散射技术是高分子领域中重要的表征手段之一，能够测得重均分子量、回转半径、第二维里系数、流体力学半径等重要的物理量。除合成高分子外，光散射技术同样适用于研究生物大分子、微生物、胶体、纳米粒子、病毒、囊泡等在溶液或悬浮液中的行为。本报告重点介绍光散射的基本理论、实验技巧以及应用中要注意的事项。报告题目：光散射在高分子溶液表征中的应用 郑州大学教授 张彬张彬，郑州大学材料学院教授，博士生导师。2004年本科毕业于郑州大学计算机信息管理专业，2010年于郑州大学获得材料加工工程专业硕士学位，2014年在德国弗莱堡大学化学系获得博士学位 (施陶丁格大分子研究所荣誉毕业)。2015年3月入职郑州大学，2020年6月受聘为郑州大学学科特聘教授。主要研究方向为高分子薄膜结晶，高分子成型加工中的物理问题，高分子相转变的微观机制。近年来，发表第一作者或通讯作者论文三十余篇（包括13篇Macromolecules，7篇Polymer，1篇高分子学报特约专论和1篇高分子学报特约综述）。原子力显微镜是一种在纳米尺度表征材料相变过程、微观形貌结构与性能的有效工具，在高分子科学领域具有广泛应用。超薄膜中单层片晶可为研究高分子结晶提供合适的模型体系，与原子力显微镜相结合，不但可以在原位、实空间、高分辨的研究高分子成核与片晶生长过程，还有利于研究多晶型高分子复杂的结晶与熔融行为。报告题目：原子力显微镜研究高分子超薄膜结晶会议日程及报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/polymer2022/

热分析是测量材料热力学参数或物理参数随温度变化的关系，并对这种关系进行分析的技术方法。对材料进行热分析的意义在于：材料热分析能快速准确地测定物质的晶型转变、熔融、升华、吸附、脱水、分解等变化，在表征材料的热性能、物理性能、机械性能以及稳定性等方面有着广泛的应用。由于热性能是材料的基本属性之一，对材料进行热分析可以鉴别材料的种类，判断材料的优劣，帮助材料与化学领域的产品研发，质检控制与工艺优化等。既然热分析是对材料进行质量控制的重要技术手段，那么热分析到底是如何进行的呢？根据国际热分析协会(ICTA)的归纳和分类，目前的热分析方法共分为九类十七种，而常用的热分析方法（如下图所示）包括：差示扫描量热(DSC)、热重分析（TGA）、导热系数测试、热机械分析(TMA)、动态热机械分析(DMA)等5种方法。根据不同的热分析方法采用不同的热分析仪器设备，对材料的热量、重量、尺寸、模量/柔量等参数对应温度的函数进行测量，从而获得材料的热性能。接下来，让我们简单了解一下这5种热分析方法：（1）差示扫描量热（DSC）差示扫描量热法（DSC）为使样品处于程序控制的温度下，观察样品和参比物之间的热流差随温度或时间的函数。材料的固化反应温度和热效应测定，如反应热，反应速率等；物质的热力学和动力学参数的测定，如比热容，转变热等；材料的结晶、熔融温度及其热效应测定；样品的纯度等。（2）热重分析（TGA）热重分析法（TGA）用来测量样品在特定气氛中，升温、降温或等温条件下质量变化的技术。主要用于产品的定量分析。典型的TGA曲线可以提供样品易挥发组分(水分、溶剂、单体)的挥发、聚合物分解、炭黑的燃烧和残留物(灰分、填料、玻纤)的失重台阶。TGA这种方法可以研究材料和产品的分解，并得出各组分含量的信息。TGA曲线的一阶导数曲线是大家熟知的DTG曲线，它与样品的分解速率成正比。在TGA/DSC同步测试中，DSC信号和重量信息可以同时记录。这样就可以检测并研究样品的吸放热效应。下图中的黑色曲线为PET的TGA曲线，绿色为DTG曲线。下面的为在氮气气氛下的DSC曲线。右侧红色的DSC曲线显示了玻璃化转变、冷结晶和熔融过程。在测试过程中的DSC信号 (左)可以用样品质量损失进行修正。蓝色为未修正的DSC曲线，红色为因质量损失而修正的曲线。图 使用TGA/DSC(配备DSC传感器)测试的PET曲线分解过程中，化学骨架和复杂有机组分或聚合物分解形成如水、CO2或者碳氢化合物。在无氧条件下，有机分子同样有可能降解形成炭黑。含有易挥发物质的产品可以通过TGA和傅里叶红外(FTIR)或者质谱联用来判定。（3）导热系数测试对于材料或组分的热传导性能描述，导热系数是最为重要的热物性参数。LFA激光闪射法使用红外检测器连续测量上表面中心部位的相应温升过程，得到温度升高对时间的关系曲线，并计算出所需要的参数。稳态热流法热流法（HFM）作为稳态平板法的一种，可用于直接测量低导热材料的导热系数。（4）热机械分析(TMA)热机械分析，指在使样品处于一定的程序温度下和非震动载荷作用下，测量物质的形变与温度时间等函数关系的一种技术，主要测量材料的膨胀系数和相转变温度等参数。一条典型的TMA曲线表现为在玻璃化转变温度以下的膨胀、玻璃化转变(曲线斜率的变化)，玻璃化转变温度以上的膨胀和塑性变形。测试可以以膨胀模式、穿透模式或者DLTMA模式(动态负载TMA模式)进行。膨胀模式的测试目的是表征样品的膨胀或收缩。基于这个原因，仅使用较小的力来保证探头和样品接触完好。测试的结果就是热膨胀系数。下图是0.5mm的样品夹在2片石英盘之间测试的膨胀曲线。样品先在仪器中升温至90˚C消除热历史。冷却至室温后，再以20K/min的升温速率从30˚C升温到250˚C，测试的探头为圆点探头，同时探头上施加很小的力0.005N。图2中上部的曲线显示样品在玻璃化转变之前有很缓慢的膨胀。继续升温，膨胀速率明显加快，这是因为在样品在经历玻璃化转变后分子的运动能力提高。之后冷结晶和重结晶发生，样品收缩。高于150˚C样品开始膨胀直至熔融。熔融伴随着样品粘度降低和尺寸减小。图 膨胀模式测试的PET的TMA曲线穿透模式主要给出温度相关的信息。样品的厚度通常不是很重要，因为探头与样品的接触面积在实验中持续变化。刺入深度受加载的力和样品几何形状的影响。在穿透模式测量中，把0.5mm厚的样品放在石英片上，圆点探头直接与样品接触。试验条件为从30˚C升温到300˚C，升温速率20K/min，加载力0.1和0.5N。这时样品未被刺入。在穿透测试过程中，探头一点一点地刺入样品。纵坐标信号在玻璃化转变发生时明显的减小，冷结晶发生时保持基本不变，到熔融又开始减小(图下图)。图 TMA穿透模式测试PETDLTMA是一种高灵敏度测试物理性能的方法。和DSC相比，它可以描述样品的机械行为。在DLTMA模式下，加载在样品上的力以给定频率高低切换。它可以测试出样品中微弱的转变，膨胀和弹性(杨氏模量)。样品刚度越大，振幅越小。图4测试的样品玻璃化转变在72˚C，之后为液态下的膨胀。振幅大是因为样品太软。然后会出现冷结晶，PET收缩，振幅开始减小。140˚C，样品重新变硬，继续膨胀直至160˚C。图 DLTMA（动态负载TMA模式）测试PET（5）动态热机械分析(DMA)使样品处于程序控制的温度下，并施加单频或多频的振荡力，研究样品的机械行为，测定其储能模量、损耗模量和损耗因子随温度、时间与力的频率的函数关系。热分析技术的实际应用热分析技术在材料领域应用广泛，如高分子材料及制品（塑料、橡胶、纤维等）、PCB/电子材料、金属材料及制品、航空材料、汽车零部件、复合材料等领域。下面通过我们实验室技术工程师做的两个热分析测试案例来展示它的应用：1.高分子材料的热裂解测试玻纤增强PA66主要应用于需要高刚性和尺寸稳定性的机械部件护罩。玻纤含量影响到制件的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度等力学性能。2.PCB板的爆板时间测量将样品升温到某一温度后，保持该温度并开始计时，样品发生爆板现象的时刻与保温初始时刻的时间间隔为爆板时间。其实，对于不同的材料和关注点的不同，我们所采用的热分析方法也存在差异，通常会根据实际样品情况和测试需求来选择不同的分析方法。例如，高分子材料：想要了解它的特征温度、耐热性等性能，要用DSC分析；想要了解它的极限耐热温度、组份含量、填料含量等，要用TGA分析。

2014年6月5日至8日，由南京大学高性能高分子材料与技术教育部重点实验室主办、Mettler-Toledo中国赞助的“高分子物理短期讲习班”暨“高分子先进热分析技术研讨会”获得圆满成功。 本次活动由南京大学化学化工学院的胡文兵教授牵头组织，邀请到了前欧洲高分子物理协会主席德国Freiburg大学Gert Strobl教授、美国工程院院士Akron大学程正迪教授、中国科学院北京化学研究所韩志超研究员、法国CNRS Charles Sadron高分子研究所Bernard Lotz教授、南京大学薛奇教授、加拿大Toronto大学Mitchell Winnik 教授、加拿大McMaster大学史安昌教授和日本京都大学Toshiji Kanaya教授等世界一流的高分子物理学家以及国内外诸多相关领域的重要学者。Mettler-Toledo公司瑞士总部世界知名的热分析专家Juergen Schawe博士也带来了高分子先进热分析技术的介绍。出席本次活动的听众主要是来自中科院北京化学研究所、中科院长春应用化学研究所、北京大学、清华大学、浙江大学、南京大学、中国科技大学、上海交通大学、四川大学、吉林大学、北京师范大学、天津大学、南开大学、西北工业大学、东华大学、青岛科技大学、浙江理工大学、东华理工大学等近二十所高校或科研机构的青年学者和研究生，注册人数多达120余人。活动气氛热烈，活泼有序。享有盛名的科学家们或深入浅出地向与会者们介绍自己的重要工作进展、或高屋建瓴地讲解所从事研究领域重要的理论基础；年轻的学子们或向科学家们大胆地质疑请教、或相互之间深入地交流讨论。来自日本的Kanaya教授对中国高分子物理研究的蓬勃发展，特别是对高分子结晶以及热分析在中国受到数量众多年轻研究者的关注感到由衷地赞叹。活动还设置了墙报环节，来自国内上述单位的青年学者和研究生们展示了自己的研究工作，与包括上述科学家在内的与会人员开展了深入的学术交流探讨。经过激烈的角逐，共有八名同学获得了由Mettler-Toledo赞助的墙报奖，并由Strobl教授亲自为获奖人颁奖。本次活动的成功举行增强了国内高分子物理和热分析研究在国际上的影响，为国内年轻学者和学子们提供了与国际一流科学家交流的机会，开拓了他们的视野，培养了他们的科研兴趣，也为高分子物理及热分析技术在国内的发展起到了积极的推动作用。 南京大学化学化工学院的胡文兵教授主持大会 活动气氛热烈，活泼有序 Mettler-Toledo公司热分析专家Juergen Schawe博士关于”先进的热分析技术”的报告引起了大家的浓厚兴趣 来自国内各研究单位的青年学者和研究生们展示了自己的研究工作 八名同学获得了由Mettler-Toledo赞助的墙报奖，并由Strobl教授亲自为获奖人颁奖

高分子物理与聚合物热分析热分析老人钱义祥2018-05-10　　« 高分子物理» 、« 高分子物理的近代研究方法» 、« 新编高聚物的结构与性能» 、« 聚合物结构分析» 、« 聚合物量热测定» 、« 热分析与量热学» 手册、« 高聚物与复合材料的动态力学热分析» 等专著中，论述了高分子物理理论和近代研究方法。聚合物热分析是高分子物理的近代研究方法之一，高分子物理是高聚物热分析的理论基础，用高分子物理的概念解析热分析曲线,探索聚合物结构与性能的关系。　　一、高分子物理与聚合物热分析　　1.聚合物热分析　　热分析是在程序控温(和一定气氛)下，测量物质的某种物理性质与温度或时间关系的一类技术。热分析是研究物质变化和变化规律及调控变化的近代研究方法。聚合物热分析的研究对象是高聚物。聚合物热分析最常用的热分析方法是差示扫描量热仪DSC和动态热机械分析DMA。在特别情况下，也采用热机械分析(TMA)和热分析联用技术(TG/气体分析)。差示扫描量热仪DSC是在程序控温(和一定气氛)下，测量输入给试样和参比物之间的热流速率或加热功率(差)与温度或时间关系的技术。DSC在高聚物研究中的应用有：　　研究结构及动态变化 　　表征玻璃化转变和熔融行为 　　分析多组分高聚物体系的组成 　　研究高聚物链缠结及化学交联 　　研究高聚物的结晶行为 　　表征高聚物的微相结构 　　研究高聚物共混相溶性 　　反映共混高聚物中组分间的相互作用 　　研究聚合物的热历史和处理条件对高聚物结构的影响。　　动态热机械分析DMA是用来测量样品在周期交变应力作用下，其动态力学性能与时间、温度、频率等函数关系的一种仪器。动态力学热分析测定高分子材料(非晶高聚物、结晶聚合物、交联聚合物、共混高聚物)在一定条件(温度、频率、应力或应变水平、气氛和湿度)下的刚度与阻尼 测定材料的刚度与阻尼随温度、频率或时间的变化，得到高聚物的温度谱、频率谱和时间谱。用高分子物理理论解读DMA的温度谱、频率谱和时间谱，获得与材料的结构、分子运动、加工与应用有关的特征参数。　　聚合物热分析是高分子物理的近代研究方法之一，是近几十年中热分析发展最活跃的领域。它已经应用到聚合物结构与性能研究的几乎所有领域。运用聚合物热分析研究(测试)聚合物的非晶态(玻璃化转变及ΔTg) 聚合物的结晶态(结晶-熔融过程、熔点和熔融晗ΔH、结晶温度和结晶晗、温度对结晶速度的影响、结晶温度对熔点的影响、、高分子的链结构对熔点的影响、共聚物的熔点、杂质对聚合物熔点的影响、结晶度测定) 聚合物液晶态 高分子共混物的相容性、嵌段共聚物的微相分离、聚合物的高弹性与黏弹性(聚合物的力学松弛-蠕变、应力松弛、滞后现象、力学损耗、黏弹性与时间、温度的关系-时温等效)、表征力学松弛和分子运动对温度和频率的依赖性等。上述热分析研究的问题都是高分子物理所关注的问题。　　热分析是高分子物理的近代研究方法，它辅以其它近代研究方法，如光谱、波谱、色谱、激光光散射、X射线和电子显微技术等方法，运用高分子物理理论，弄清高聚物的一级、二级和聚集态结构，并研究结构与材料功能和性能之间的关系。由此合成具有预定性能的高分子材料，或根据需要通过物理和化学方法改性合成高聚物或天然高分子以创建新的材料。同时，研究高聚物结构对材料加工流动性的影响，确定材料加工成型工艺。研究高聚物分子运动，弄清材料的力学性能、流变性、电学性能。由此，在高分子物理指导下不断制备出预期的高分子材料。　　热分析方法是在不断发展的。如示差扫描量热仪DSC技术，自20世纪60年代以来，DSC技术的快速发展使其成为高分子物理尤其是高分子结晶学相关问题研究的常规实验手段。然而随着对高分子结晶和熔融研究的进一步深入，研究者们对DSC的温度扫描速率提出了更高的要求。首先，对于结晶速率较快的半结晶高分子而言，在不够快的冷却速率条件下从熔体降温至较低温度的过程总是能够发生结晶成核，从而干扰了在较低温度区域对高分子结晶成核行为的研究。　　其次，高分子材料在诸如注射、吹拉膜和纺丝等实际加工过程中发生结晶时的冷却速率均大于常规DSC所能提供的降温速率，因此很难利用常规DSC模拟研究高分子在实际加工过程中所经历的结晶环境。第三，大多数半结晶高分子折叠链片晶都处于亚稳状态。在常规DSC的升温扫描过程中将不可避免地伴随高分子片晶由亚稳态向更稳定状态的转变，从而干扰最终的熔融实验结果，使得我们难以获得最初的高分子晶体内部聚集态结构相关信息。　　近年来，出现了商业化的闪速示差扫描量热仪FlashDSC。推动了高分子结晶研究的进展。因为高分子结晶与熔融问题的研究不仅对高分子科学的发展至关重要，与高分子材料在生产生活中的实际应用也密切相关。随着对相关问题的深入研究，高分子结晶与熔融行为的表征对实验手段提出了新的、更高水平的要求。闪速示差扫描量热仪FlashDSC所具备的快速升降温能力、超高的时间分辨率、易于操作等特点，在高分子结晶与熔融问题的研究上已经得到了广泛的应用。　　FlashDSC在高分子的结晶方面的应用有：FlashDSC可以实现对熔体降温过程中结晶成核和生长的精确控制，甚至可以得到大多数半结晶高分子的无定形态，从而为大过冷度下高分子等温结晶的研究创造了有利条件。同时，FlashDSC所具备的超快速降温能力可与加工过程中的冷却速率相匹配，这为加工过程中结晶行为的模拟研究提供了更多的可能。　　FlashDSC研究高分子结晶问题的实例有：等温总结晶动力学 等温晶体成核动力学 非等温结晶峰比较 成核剂和填料对结晶行为的影响 共聚单元对高分子结晶的影响。　　FlashDSC用于高分子晶体的熔融研究：快速升温可精确地判断高分子晶体的升温退火行为，并且时间窗口与分子模拟相互衔接，在一定程度上可了解亚稳态原生高分子晶体的信息。通过进一步的应用与拓展，诸如多尺度下高分子晶体的熔融行为和极性大分子热降解温度之上的熔融行为都可以得到有益的探讨。　　FlashDSC研究高分子晶体熔融问题的实例有：升温扫描过程中多重熔融峰的鉴别 高分子片晶不可逆熔融 高分子片晶可逆熔融 极性大分子晶体的熔融。　　总之，FlashDSC在高分子结晶和熔融行为相关问题的研究上有望发挥更加重要的作用，有助于推动高分子结晶学相关基础理论的进一步深化与完善。[1]　　2.高分子物理　　高分子物理物理学是探讨物质的结构和运动基本规律的学科。高分子物理属于物理学的一个分支。高分子物理从分子运动的观点阐明高分子的结构和性能的关系。通过分子运动揭示分子结构与材料性能之间的内在联系及基本规律。　　高分子物理的内容主要由三个方面组成。第一方面是高分子的结构，包括单个分子的结构和凝聚态结构。结构对材料的性能有着决定性性的影响。第二方面是高分子材料的性能，其中主要是黏弹性，这是高分子材料最可贵之处，也是低分子材料所缺乏的性能。研究黏弹性可以借助于力学方法(DMA方法)。结构和性能之间又是通过什么内在因素而连接起来的呢?这就是分子运动。因为高分子是如此庞大，结构又如此复杂，它的运动形式千变万化，用经典力学研究高分子的运动有着难以克服的困难，只有用统计力学的方法才能描述高分子的运动。通过分子运动的规律，把微观的分子结构与宏观的物理性能联系起来。因此，分子运动的统计学是高分子物理的第三个方面。　　高分子结构、高分子材料的性能和分子运动统计学三部分组成高分子物理。高分子物理涉及高聚物结构表征、分子运动、物理改性及理论研究。在高分子科学的发展历程中，高分子化学是基础。高分子化学研究高分子化合物的分子设计、合成及改性，它担负着高分子科学研究提供新化合物、新材料及合成方法的任务。高分子物理是高分子科学的理论基础，它指导着高分子化合物的分子设计和高聚物作为材料的合理使用。高分子物理涉及高分子及其凝聚态结构、性能、表征，以及结构与性能、结构与外场力的影响之间的相互关系。另一方面高分子工程研究涉及聚合反应工程、高分子成型工艺及聚合物作为塑料、纤维、橡胶、薄膜、涂料等材料使用时加工成型过程中的物理、化学变化及以此为基础而形成的高分子成型理论、成型新方法等内容。当前的高分子科学已形成高分子化学、高分子物理、高分子工程三个分支领域互相交融、互相促进的整体学科。[2]　　高分子科学是一门新兴科学。它经历了漫长的历程才艰难诞生。高分子物理也就在这个过程产生，并且为高分子科学的诞生和发展起了重要作用。高分子科学领域诺贝尔奖获得者H.Staudinger(1953年),Ziegler和Natta(1963年)、P.J.Flory(1974年)、A.J.Heeger,GacDiarrnid及H.Shirakawa(2000年)的重大贡献主要是建立在可靠的高分子表征基础上。我国老一辈高分子科学家钱人元、唐敖庆、冯新德、钱保功、徐僖、程镕时等均具有坚实的高分子物理理论基础，他们为高分子科学与教育事业的发展做出了巨大贡献。[3]　　3.高分子物理与聚合物热分析　　高分子物理的基本理论、研究领域及研究方法是高分子物理的基本内容。聚合物热分析研究对象辖于高分子，是高分子物理的近代研究方法之一。聚合物热分析的研究领域和高分子物理的研究领域常常是相叠的，热分析研究的问题常常就是高分子物理所关注的问题。下面从四个方面讨论高分子物理与聚合物热分析的关系。　　1)« 高分子物理» 关于高分子物理的研究方法的论述　　何曼君编著的« 高分子物理» 一书的内容提要中，特别指出该书较为系统全面地介绍了高分子物理的基本理论及研究方法。表明高分子物理的基本理论及研究方法是高分子物理的基本内容。　　« 高分子物理近代研究方法» 一书基于高分子物理基本原理和理论，介绍了如何测定和研究高聚物的近代研究方法。高分子物理近代研究方法很多，热分析是高分子物理近代研究方法之一。　　2)高分子物理是一门理论和实验结合的精确科学　　高分子物理是一门理论和实验结合的精确科学。为了有效地研究和开发高聚物新材料，常常运用高分子物理和近代研究方法(热分析)研究聚合物结构与性能和功能的关系。　　3)高分子物理理论解析热分析曲线　　热分析是高分子近代物理研究方法之一。热分析实验得到高聚物的热分析曲线，仅显示真理，却不证明真理。高分子物理是聚合物热分析的理论基础。只有用高分子物理理论对热分析曲线进行解析才能阐明高分子的性能与结构之间的关系。　　用热分析方法研究新材料，通常步骤是：材料的热分析测试—用高分子物理理论解析热分析曲线—改进后的材料再进行热分析测试和热分析曲线解析。如此循环往复直至开发得到性能优异的新材料。当然，研发过程中辅以其它近代研究方法是必不可少的。　　4)运用高分子物理和近代研究方法研发新材料　　新材料的研发是建立在可靠的表征上。高分子物理在高分子科学中的地位体现在运用近代研究方法(热分析)表征高聚物的结构与性能，研究高分子结构与功能和性能之间的关系，在高分子物理指导下制备出预期的高分子材料。表征高聚物结构与性能和功能关系的近代研究方法有光谱、波谱、激光光散射、X射线、电子显微技术和热分析。热分析是表征高聚物结构、性能和功能的重要方法之一。运用高分子物理近代研究方法(热分析)研究高分子结构和性质的关系离不开高分子物理理论的指导。　　由上表明：高分子物理的基本理论及研究方法是高分子物理的基本内容。高分子物理与聚合物热分析的关系是：热分析是高分子物理的近代研究方法，高分子物理是高聚物热分析的理论基础。运用高分子物理理论解析热分析曲线，关联转变与高聚物结构与性能的关系。高分子物理与热分析是相辅相佐的学科。许多学者进行两栖跨界研究。如中科院长春应化所刘振海长期从事高分子物理和热分析工作。编著了十八本热分析著作。他师从唐敖庆、冯之榴,在高分子物理方面也很有建树。1962年，在中科院长春应化所举办的全国高分子学术论文报告会上，发表的论文“聚丁二烯吸氧动力学”评为优秀论文 在上世纪60年代初,从苏联杂志“高分子化合物”翻译的译文，有关聚丁二烯结构与性能的文章发表在« 化学通报» 上，另外，还有多篇有关高分子物理的译文发表在四川主办的一份快报上。　　在上世纪50年代末60年代初，常常是利用手头现有的设备亲自动手制备线膨胀仪、应力松弛仪等，为实现自动记录，迫切需要将变量转换成电信号，这其中的关键部件就是差动变压器。刘振海最先绕制了零点低、对称性好的差动变压器，这在当年的科学报上曾有过报道。北京航天航空大学过梅丽跨界高分子物理和热分析两个领域，既教授« 高分子物理» 课程，又从事热分析，特别是DMA的实验研究。她编著了« 高分子物理» 、« 高聚物与复合材料的动态力学热分析» 的著作。　　南京大学胡文兵编著了« 高分子物理» ，参加翻译出版了斯特罗伯著的高分子物理教材。他的最新研究是高分子结晶和熔融行为的FlashDSC研究。在张建军教授承办的中国化学会第四届全国热分析动力学与热动力学学术会议上发表了FlashDSC研究聚丙烯的结晶和熔融行为的论文。陆立明：1985年就读华东理工大学获得聚合物材料工学硕士，后又前往德国柏林技术大学攻读高分子物理三年。在上海市合成树脂研究所工作期间，从事聚合物开发研究，运用热分析等近代研究方法表征高分子塑料合金的特性和特征。2009年，陆立明等人编译出版热分析应用手册丛书，这套丛书汇集梅特勒-托利多公司瑞士总部和梅特勒-托利多(中国)公司科技人员的智慧而潜心编著的。有热塑性聚合物、热固性树脂、弹性体、热重-逸出气体分析、食品和药物、无机物、化学品、认证等分册。其中塑性聚合物、热固性树脂、弹性体等分册通过大量实例深入地介绍和讨论了热分析在聚合物方面的应用，并用高分子物理解析聚合物的热分析曲线。　　4.用高分子物理解析高聚物热分析曲线　　论述« 热分析曲线解析» 的文章初见于2006年的热分析专业会议上。十多年过去了，热分析曲线解析的现状还是像« 热分析法与药物分析» 一书中所说的那样，至今还没有一本通用的专著可查考，也没有一套完整的解析方法可借鉴，各种物质的热分析表征散见于有关学术期刊与著作中。聚合物热分析曲线解析的现状亦如此。　　下面说说用高分子物理解析高聚物热分析曲线的问题。在科学研究中，实验和解析是认知学中的两个元素。用高分子物理解析高聚物热分析曲线具有探索性和研讨性。热分析曲线是热变化时物理量变化的轨迹。解析热分析曲线就是循着物理量变化的轨迹逆向追溯热变化的物理-化学归属。用高分子物理理论解析高聚物的热分析曲线,探索结构与材料功能和性能之间的关系,是热分析曲线的价值体现。用实验的真实数据作图得到热分析曲线。物质变化的现象在热分析曲线上显现是对事物本质和规律反映的一种形象，是显性信息。显性信息显示真理，却不证明真理。简单地说出曲线的变化情况，即看图说话而缺乏深度分析，它是不能揭示变化规律的。唯有用高分子物理理论对高聚物的热分析曲线进行解析，曲线才具有价值。　　用高分子物理理论对热分析曲线进行解析，进行分子运动-高聚物结构-性能与加工之间的关联 解析热分析曲线时，既要解析显性信息，还要解析隐性信息，如变化的规律性、与热变化同时发生的结构变化及蕴含在曲线内的曲线(如DMA曲线中隐藏的李萨如曲线)，追问曲线的内涵，诠释曲线，揭示变化的本质和规律，对曲线进行深层次的探索和关联，这就是热分析曲线的解释学。用高分子物理理论解析热分析曲线完成了“存在→价值”的转换过程。热分析曲线是存在，当热分析曲线同你的研究(需要)发生联系时，曲线便产生了价值!愿你踏上解析热分析曲线的实践活动之旅，使热分析曲线由存在转变为价值的曲线。　　为了要解析高聚物的热分析曲线，热分析工作者要通晓高分子物理，要像物理学家那样思考高分子物理问题。用高分子物理理论解析热分析曲线就是将高聚物的转变与高聚物结构-性能-加工进行关联的过程。关联是一种受经验、知识、理论支配的活动，不同的人由于其具备的经验、知识、理论的背景不同，关联的深度和宽度不尽相同。　　下面列举一个用高分子物理解析典型非晶态聚合物的DMA曲线实例：高分子材料黏弹性是高分子物理研究的主要内容，通常选用动态热机械分析DMA来研究高分子材料黏弹性(动态模量和力学损耗)。典型非晶态聚合物的DMA曲线(温度谱)如图所示：典型非晶态聚合物的DMA曲线(温度谱)　　由图可以看到，随温度升高，模量逐渐下降，并有若干段阶梯形转折，Tanδ在谱图上出现若干个突变的峰，模量跌落与Tanδ峰的温度范围基本对应。温度谱按模量和内耗峰可以分成几个区域，不同区域反映材料处于不同的分子运动状态。转折的区域称为转变，分主转变和次级转变。这些转变和较小的运动单元的运动状态有关，各种聚合物材料由于分子结构与聚集态结构不同，分子运动单元不同，因而各种转变所对应的温度不同。玻璃态与高弹态之间的转变为玻璃化转变，转变温度用Tg表示 高弹态与黏流态之间的转变为流动转变，转变温度用Tf表示。　　玻璃化转变反映了聚合物中链段由冻结到自由运动的转变，这个转变称为主转变或α转变，这段模量急趋下降外，Tanδ急剧增大并出现极大值后再迅速下降。在玻璃态，虽然链段运动已被冻结，但是比链段小的运动单元(局部侧基、端基、极短的链节等)仍可能有一定程度的运动，并在一定的温度范围发生由冻结到相对自由的转变，所以在DMA温度谱的低温区，E’-T曲线上可能出现数个较小的台阶，同时在E”-T和Tanδ曲线上有数个较小的峰，这些转变称为次级转变，从高温到低温依次命名为β、γ、δ转变，对应的温度分别记为Tβ、Tγ、Tδ。每一种次级转变对应于哪一种运动单元，则随聚合物分子链的结构不同而不同，需根据具体情况进行分析。据文献报道，β转变常与杂链高分子中包含杂原子的部分(如聚碳酸脂主链上的-O-CO-0-、聚酰胺主链上的-CO-NH-、聚砜主链上的-SO2-)的局部运动，较大的侧基(如聚甲基丙烯酸甲酯上的侧酯基)的局部运动，主链上3个或4个以上亚甲基链的曲柄运动有关。γ转变往往与那些与主链相连体积较小的基团如α-甲基的局部内旋转有关。δ转变则与另一些侧基(如聚苯乙烯中的苯基、聚甲基丙烯酸甲酯中酯基内的甲基)的局部扭振运动有关。　　当温度超过Tf时，非晶聚合物进入黏流态，储能模量和动态黏度急剧下降，Tanδ急剧上升，趋向于无穷大，熔体的动态黏度范围为10～106Pa.s。从DMA温度谱上得到的各种转变温度在聚合物材料的加工与使用中具有重要的实际意义：对非晶态热塑性塑料来说，Tg是它们的最高使用温度以及加工中模具温度的上限 Tf是它们以流动态加工成型(如注塑成型、挤出成型、吹塑成型等)时熔体稳定的下限 Tg～Tf是它们以高弹态成型(如真空吸塑成型)的温度范围。对于未硫化橡胶来说，Tf是它们与各种配合剂混合和加工成型的温度下限。此外，凡是具有强度较高或温度范围较宽的β转变的非晶态热塑性塑料，一般在Tβ～Tg的温度范围内能实现屈服冷拉，具有较好的冲击韧性，如聚碳酸脂、聚芳砜等。在Tβ以下，塑料变脆。因此，Tβ也是这类材料的韧-脆转变温度。另一方面，正是由于在Tβ～Tg温度范围内，高分子链段仍有一定程度的活动能力，所以能通过分子链段的重排而导致自由体积的进一步收缩，这正是所谓物理老化的本质。[4]　　以上实例说明，动态力学热分析是研究材料黏弹性的重要手段，非晶态聚合物的玻璃化转变和次级转变准确地反映了聚合物分子运动的状态，每一特定的运动单元发生“冻结”?自由转变(α、β、γ、δ)时，均会在动态力学热分析的温度谱和频率谱上出现一个模量突变的台阶和内耗峰。高分子物理从分子运动的观点出发解析非晶态聚合物的DMA曲线，揭示材料结构与材料性能之间的内在联系及基本规律。　　二.高分子物理著作　　五十年代未，高分子物理学基本形成。自六十年代以来，高分子研究重点转移到高分子物理方面，并出版了很多高分子物理的著作。何平笙所著的« 新编高聚物的结构与性能» 书未的附录详细地介绍了有关高分子物理的教学参考书。本文特将此附录列于文后,供参考。并把其中几本高分子物理的著作做一简单的介绍。　　1.胡文兵« 高分子物理» 英文版Amolecularviewonthefundamentalissuesinpolymerphysicsisprovidedwithanaimatstudentsinchemistry,chemicalengineering,condensedmatterphysicsandmaterialsciencecourses.Anupdatedtranslationbytheauthor,arenownedChinesechemist,ithasbeenproventobeaneffectivesourceoflearningformanyyears.Up-to-datedevelopmentsarereflectedthroughouttheworkinthisconcisepresentationofthetopic.Theauthoraimsatpresentingthesubjectinanefficientmanner,whichmakesthisparticularlysuitableforteachingpolymerphysicsinsettingswheretimeislimited,withouthavingtosacrificetheextensivescopethatthistopicdemands.　　该书受欢迎程度继续位列2017斯普林格出版社电子图书的前四分之一。胡文兵教授的另一本高分子物理译作是：　　StroblG.1997.ThePhysicsofPolymers.2ndEd.Berlin:Springer　　这是一本近十年来有影响的高分子物理教材，Strobl本人多次来国内讲授有关他提出的高聚物结晶的理论，中文译本是斯特罗伯著，胡文兵，蒋世春，门永锋，王笃金译《高分子物理学》，北京：科学出版社，2009。　　胡文兵教授最新研究：高分子结晶和熔融行为的FlashDSC研究。　　2.何平笙编著« 新编高聚物的结构与性能» 科学出版社2009前言　　自中国科学技术大学1958年成立高分子化学和高分子物理系以来，由已故的钱人元院士开设的" 高聚物结构与性能" 课程已50余年了，根据钱先生讲课笔记整理出版的《高聚物的结构与性能》一书(科学出版引，1981年第二版)被许多高校选做教材。近10年来、编者不但在授课时添加了高分子物理的新成果、新发现，更重要的是对课程进行了深入的教学研究，加深了对已有体系、知识点的全新理解，深受学生好评，因而在2005年获得安徽省教学成果奖一等奖和国家级教学成果奖二等奖，“高聚物结构与性能”也被评为国家级精品课程。本书就是在上述教学研究的基础上新编而成的。　　高分子科学由高分子化学、高分子物理和高分子加工三大部分组成。高分子化学主要是研究如何从小分子单体合成(聚合)得到高分子化合物——高聚物，高分子加工则是研究如何把高聚物制成实用的制品，而高分子物理则包含有以高聚为对象的全部物理内容。　　作为大学本科生的课程，“高分子物理”实在难以承担这个“包含有以高聚物为对象的全部物理内容”的重任。这一方面是由于“高分子物理”目前还达不到通常物理学各分支的成熟程度，另一方面是由于仍隶属于化学大框架下的高分子专业学生也难以接受更多、更深的物理和数学知识。事实上，“高分子物理”目前还主要是讲述高聚物材料的结构与性能，以及它们之间的相互关系，因此，我们仍然采用“新编高聚物的结构与性能”作为书名。依据相对分子质量的大小，高分子化合物大致可分为低聚物和高聚物，但作为材料来使用的大多是相对分子质量很高的高聚物。低聚物主要用作黏合剂、高能燃料等，不包含在本书的范围之内。因此，全书仍然使用“高聚物”这个名称。　　本课程的基本任务就是探求高聚物的结构与性能，揭示结构与性能之间的内在联系及其基本规律，以期对高聚物材料的合成、加工、测试、选材和开发提供理论依据。编者认为，高聚物结构与性能的关系有三个层次，即通过分子运动联系“分子结构与材料性能”关系、通过产品设计联系“凝聚态结构与制品性能”关系和通过凝聚态物理知识联系“电子态结构与材料功能”关系。由于历史的原因，无论是国内教材，还是国外教材大都只涉及上述的第一个结构层次，内容基本上只是“分子结构与材料性能”的关系，要详细理解第二和第三个结构层次，需要开设正规的“流变学”和“凝聚态物理”的专门课程，尽管这已经超出了本书的范围，但上述高聚物结构与性能关系三个层次的理念，已牢牢树立在编者心中，并力求在本书编写中体现出来。　　值得指出的是，我国高分子物理学家以高分子链单元间的相互作用，特别是从链单元间的相互吸引在凝聚态形成过程中的作用这一国际上独创的观点出发，纵观高聚物的全部相态——高聚物溶液、非晶态、晶态和液晶态中存在的问题，开展了深入系统的研究工作、取得了若干国际前沿性的研究成果。在高分子物理领域提出了一些新概念，形成了有我国特色的高分子物理学派，还独创了全新的电磁振动塑化挤出加工方法等，编者都尽量在本书中反映这些成果。此外，本书还增添了高聚物宏观单晶体、可能的二维橡胶态等新内容，指出了不同结晶方式(先聚合、后结晶，还是先结晶、后聚合)会得到完全不同的高聚物晶体、重新考虑了Williams-Landel-Ferry(WLF)方程的意义，认为它是高聚物特有分子运动所服从的特殊温度依赖关系等，全面介绍了编者对已有体系和知识点的新理解。　　如前辈所言，编书如造园，取他山之石，引他池之水，但一山一水如何排布却彰显造园者的构思。书中引用了众多国内外公开出版的教材和专著中的论述或研究成果，谨向所有作者致以深切的谢意，不及面询允肯，敬请海涵。感谢朱平平教授、杨海洋副教授对书稿所提的宝贵意见，感谢李春娥高工为本书打录和校订文稿 本书内容在中国科学技术大学高分子科学与工程系连年讲授，也在中国科学院长春应用化学研究所讲授过7次，校、所多届学生对课程内容和安排都提过不少好的建议，在此一并表示感谢。书后附录中列出了有关高分子物理详细的教材和参考书目录，以供读者查询和进一步阅读。附录中还列出了编者近十年来公开发表的三十余篇有关高分子物理教学研究论文的目录，读者可参考阅读并分享编者教学研究的心得。由于编者水平有限，书中难免存在缺漏和不足之处，敬请读者和专家不吝批评、斧正。　　何平笙2009年4月内容简介　　本书是国家级精品课程“高聚物的结构与性能”的新编教材，是2005年“全面提升高分子物理重点课程的教学质量”国家级教学成果奖二等奖内容的全面体现。全书系统讲述高聚物的近程、远程和凝聚态结构，以及高聚物的力学、电学、光学、磁学、热学、流变和溶液性能，通过分子运动揭示“分子结构与材料性能”之间的内在联系及基本规律，更进一步提出包括“凝聚态结构与制品性能”关系和“电子态结构与材料功能”关系在内的三个层次的结构与性能关系理念，以期对高聚物材料的合成、加工、测试、选材、使用和开发提供理论依据。全书还介绍了我国学者的研究成果及编者多年教学研究的心得和对已有体系、知识点的新理解、新认识。　　本书可作为高等学校理科化学类、化工、轻工纺织、塑料、纤维、橡胶、复合材料等工科材料类本科学生的教材，也可作为有关专业研究生的参考教材、对从事高聚物材料工作的有关工程技术人员和科研人员也是一本有用的参考书。　　3.何曼君张红东陈维孝等.« 高分子物理» 第三版复旦大学出版社2007　　是国内有代表性的高分子物理教材，为多所高校所选用。序　　本书自1983年出版以来，是国内高分子物理教学的首选用书，虽在1990年作了修订，到现在也达十多年了。为了反映高分子科学的飞速发展，需要更新。编者们结合多年来的教学经验，参考了大量的国内外新教材和有关文献，删繁就简，推陈出新，将本书重新编写，使之更能符合当前教学和科研的需要。相信本书会得到广大教师和学生们的欢迎。当然，还会有不尽完善的地方，欢迎使用者对编者提出宝贵意见与建议。　　于同隐　　2006年10月1990年修订版序　　高分子科学的发展，以20世纪30年代H.Staudinger建立高分子学说为开端。此后高分子的化学，特别是高分子的合成方面，有了飞跃的发展，现代的大型高分子合成材料工业，大都肇始于这一时期的研究。其中最突出的成就，是W.H.Carothers的缩合聚合，K.Ziegler和G.Natta的定向聚合，对理论和生产都是巨大的贡献。与此同时，高分子物理化学也有相应的发展，主要是研究高分子的溶液，为测定高分子的分子量莫定了基础。　　60年代以来，研究重点转移到高分子物理方面，逐渐阐明了高分子结构和性质的关系，为高分子的理论和实际应用建立了新的桥梁。这一时期的著名代表是P.J.Flory，他对高分子物理化学和高分子物理都作出了很多贡献。Staudinger,Ziegler,Natta和Flory都因此获得诺贝尔化学奖金。　　本书的内容主要从分子运动的观点，来阐明高分子的结构和性能，着重在力学性质和电学性质方面，同时也兼顾到物理化学和近代的研究方法，可以供大专学校作为教材，也可供有关的高分子工作者参考。　　本书由何曼君、陈维孝、董西侠编写，于同隐校订。最初以油印讲义的形式，在复旦大学试用，得到南京大学、四川大学、中国科技大学、交通大学、兰州大学、厦门大学、黑龙江大学、南开大学、华南工学院等单位有关同志的鼓励，特别是顾振军、王源身、史观一等同志提出宝贵意见，在此表示衷心的感谢。复旦大学高分子教研室的许多同志和复旦大学出版社协助本书的出版，也一并表示感谢。　　由于高分子物理正处在蓬勃发展的阶段，本书内容有很多值得商讨的地方 加上编者的水平和技术上的原因，本书还存在很多错误，望读者不吝指正。　　于同隐第三版前言　　本书是为高等学校理科高分子专业高年级本科生编写的，也适用于低年级研究生和其他与高分子相关专业的学生。本书的内容涉及面较宽，阐述深入浅出，便于自学，还附有习题和详细的参考资料，也可供广大科技工作者阅读和参考。　　建国初期，我国高分子方面的工作起步较晚，由于钱人元等老一辈科学家纷纷回国，在国内开创了高分子的教学和科研事业，在他们的带领下，少数高校中建立了课题小组或科研组，开始培养高分子方面的人才，并为教育事业打下扎实的基础，一批批的优秀人才脱颖而出，其中有些人已晋升为院士。　　随着时代的前进、科技的进步，尤其是改革开放以来、高等教育突飞猛进，大部分商校都设有高分子专业，有的已发展成为一个系甚至一个学院，并设立了很多相关的专业，它们大都把高分子物理作为必修的课程。1983年我和陈维孝、董西侠合编的《高分子物理》一书编印出版，并在1990年作了修订，该书在国内被广泛采用，当时满足了广大师生的需求，得到了好评。此书曾获得国家教委颁发的优秀教材奖。然而，高分子物理这门学科近年来有较大的进展，理论在发展，观念在更新，国内外新的专著也很多。自从我翻阅了2005年全国高分子学术年会的论文后，更加感觉到，我们需要将这些新的内容介绍给读者。为此，本人特邀请陈维孝和董西侠两位抽出时间来和我一起在1990版教材的基础上，重新编写此书，同时还邀请了复旦大学在第一线从事教学工作的张红东教授参加本书的编写。　　首先，在本书内加入“第一章概论”。使初学者对高分子物理有一初步的认识，并将相对分子质量及其分布的内容也写入这一章内 在第二章中引入了Kuhn链段的概念，并在高分子构象中介绍了末端距的概率分布函数的另一种推导方法 在第三章的高分子溶液性质中增加了deGennes的标度概念、θ温度以下链的塌陷，以及溶液浓度和温度对高分子链尺寸的影响等 在新增加的第四章高分子多组分体系中，介绍共混聚合物和嵌段共聚物的相分离和界面 关于高分子的凝聚态分设为非晶态和晶态两章，在非晶态章中删去了与高分子成型加工课程中有重复的部分，并在其黏流态中介绍了高分子链运动的蛇行理论 原先聚合物的力学性质内容较多，现也分设为第七、第八两章，在第八章中增加了高弹性的分子理论 在第九章中除了介绍聚合物的电学性能外，还介绍了聚合物的光学性质、透气性以及高分子的表面和界面等 在本书的最后一章中，除原先介绍的近代研究方法和有关的一些仪器、它们的原理和应用实例外，还介绍了各种仪器的近代发展情况，如测相对分子质量及其分布的绝对方法——飞行时间质谱，小角中子散射、激光共聚焦显微镜、原子力显微镜等。　　本书的分工是：第一章由董西侠编写，本人修改 第二章由张红东编写，本人修改 第三、四、九、十章由我和张红东合编 第五、六、七、八章由陈维孝编写，本人修改 全书由我主审并定稿。　　在编写此书时，我总是怀念起老一辈科学家们对我的教导和指点，谨以此书表示对他们的敬意和怀念。在编写过程中还得到了不少专家和学生们的支持和帮助，在此表示感谢。　　何曼君　　2006平10月1日内容提要　　本书于1983年首次出版，1990年出版了修订版，曾获得过国家教委颁发的“优秀教材奖”等奖项、二十多年来一直是国内高分子物理教学的首选用书。为了反映高分子科学的飞速发展，编者们结合了多年的教学与科研经验，参考了大量的国内外新教材和有关文献，删繁就简，推陈出新、重新编写了本书，使之更能符合当前教学和科研的需要。　　全书较为系统全面地介绍了高分子物理的基本理论及研究方法。共分十章，包括高分子的链结构，高分子的溶液性质，高分子的聚集态结构，高分子多组分体系，聚合物的结晶态、非晶态，聚合物的力学、电学、光学等性质，以及聚合物的分析与研究方法等等。从分子运动的观点出发，阐述高分子的性能与结构之间的关系。　　本书内容涉及面较宽，阐述深入浅出，还附有详细的参考资料，适合作为高等学校高分子专业的教材某些较深入的内容可供教师参考和学有余力的学生阅读，也可供广大科技工作者和研究人员参考。　　4.过梅丽赵得禄主编« 高分子物理» 北京航空航天大学2005序　　处于知识爆炸时代，信息如原子裂变一样快速增长：处于改革年代，人们有更多的选择与机会。　　与20世纪50年代我国高分子物理专业初创时期缺乏教材的情况不同，目前仅国内出版的《高分子物理》教材就已有多个版本。不论深浅，全都包括高聚物结构、分子运动及性能三大部分。但作为业基础课教材，各编者又自然而然地按所在专业后续课程的需要选择了具体内容，各具特色。　　自我国改革开放以来，北京航空航天大学的高分子物理课程经历了较大的变更，1987年以前，与大多数工科院校一样，该课程定位为高分子材料专业的专业基础课，课堂教学约80学时，自1987年起，该校材料科学工程系在拓宽专业面的思想指导下，率先开设了全系公共专业基础课程——材料科学与工程导论。它以金属物理和高分子物理的部分内容为主，综述了金属、陶瓷和高分子材料在结构和性能上的共性与特性。与此同时，相应削减了高分子材料专业中高分子物理的教学时数。此后，随着教改的深人，不断调整教学计划。在2000年制定的教学计划中，高分子物理(54学时)与高分子化学、金属物理、电化学原理及近代测试技术等课程一起，被定位为材料科学与工程大类专业的公共基础课。　　本教材就是在上述背景下，根据高分子物理在大类专业中的地位、作用和具体要求编写的。与国内大多数高分子物理教材相比，本教材的主要特点如下：　　普及与提高相结合。全书由基础部分和提高部分(带*号)两大模块组成。在基础部分，主要通过与金属、陶瓷材料的对比，阐明高聚物在结构、分子运动和性能方面的基本特点、内在联系及基本研究方法 在提高部分，适度引进了理论推导、研究新方法与最新进展，为有兴趣深入高分子材料领域的学生提供必要的基础知识。　　紧密结合高分子材料及成型加工的实践与应用，重点放在高聚物的凝聚态结构、力学状态、高弹性、粘弹性和熔体流变性方面 除结合热塑性高分子材料以外、较多地涉及热固性树脂体系与复合材料 除结合通用高分子材料以外，较多地涉及航空航天用高分子材料 此外，适当涉及功能材料的功能性。适当结合高分子科学发展史引入概念。简化已在其他课程中涉及的基础知识和基本研究方法，如晶体结构与研究方法、相图分析、波谱分析原理与方法及一般力学性能等。　　本书所涉及量的名称和单位符合国标规定，但有下列例外：　　聚合物的分子量：按照国标，应该用相对分子质量替换传统名称分子量。但由于聚合物的相对分子质量范围可以很宽，不像小分子物质那样有一个确定的值 对于一个具体的聚合物样品，其相对分子质量又具有多分散性，须用各种统计平均值表示，如数均相对分子质量、重均相对分子质量等 在聚合物-性能关系中，还涉及临界相对分子质量等。为简明起见，本书仍沿用分子量这一名称。　　高分子溶液浓度按照国标，应该用溶液中溶质的摩尔分数表示。但在未知聚合物样品确切的平均分子量之前，无法从溶质质量计算其摩尔分数，因此，通常多以溶液中溶质的质量百分数表示浓度。本书也采用这一习惯表示法。　　温度按照国标，T代表热力学温度，单位为K。但在本书引用的插图中，有相当一部分都以摄氏度为坐标，如果改为热力学温度，可能会改变曲线形状，为读者参考原文带来不便 如果用t代表摄氏温度，则又有悖于高分子物理中以T x表示各种特征温度的规则。为此，本书同时采用了T/K和T/℃这两种表示温度的方法。　　本教材第2、9章由过梅丽和赵得禄(中国科学院化学研究所高分子物理和化学国家重点实验室研究员)合作编写。其他章由过梅丽编写。　　在本教材编写过程中，还得到北京化工大学高分子材料系华幼卿教授的热情帮助，在此表示诚挚感谢。同时也非常感谢北京航空航天大学材料科学与工程学院高分子材料系杨继萍副教授在教材整理中的细致工作和良好建议。　　编者希望本教材更适用于材料科学和工程大类专业。效果如何，尚待实践检验。诚请老前辈、同仁和学生们提出批评和建议。　　编者　　2005年3月14日内容简介　　本书系统地介绍高分子物理的基本理论，即高聚物的结构、分子运动与性能和行为之间的关系，突出高聚物区别于金属、陶瓷和其他低分子物质的特点。内容涉及力、热、电及光学等性能，但从航空航天材料科学与工程的需要出发，以力学性能为主，兼顾其他性能。本书由基础和提高(带*号)两大部分构成，以适应不同层次专业对高分子物理的教学要求。基础部分重在基本概念、基本理论及基本研究方法 提高部分涉及一些理论推导。　　本书可作材料科学和工程类专业的教材，也可供高分子材料科学与工程技术人员参考。　　5.过梅丽« 高聚物与复合材料的动态力学热分析» 化工出版社2002，是一本很好的有关高聚物东台力学测试的著作。前言　　著名高分子物理学家A.Tobolsky曾说过：“如果对一种聚合物样品只允许你做一次实验，那么所做的选择应该是一个固体试样在宽阔温度范围内的动态力学试验(Ifyouareallowedtorunonlyonetestonapolymersample,thechoiceshouldbeadynamicmechanicaltestofasolidsampleoverawidetemperaturerange)”。　　材料的动态力学行为是指材料在振动条件下，即在交变应力(或交变应变)作用下做出的响应。它不同于材料的静态力学行为，后者是指材料在恒定或单调递增应力(或应变)作用下的行为。材料的疲劳行为也属动态力学行为之一，但疲劳测试通常是在较高的应力水平(例如在材料断裂强度的5O%以上)下进行的，而本书所述的动态力学分析则一般在很低的应力水平(远低于材料的屈服强度)下进行，所得到的基本性能参数是材料的动态刚度与阻尼。　　测定材料在一定温度范围内动态力学性能的变化就是所谓的动态力学热分析(dynamicmechanicalthermalanalysis}简称DM-TA)。动态力学热分析是研究材料粘弹性的重要手段。在20世纪50～60年代，由于缺乏商品仪器，大多数实验室都用自行研制的设备进行研究。70年代以来，商品仪器一一问世，迅速更新换代。仪器的功能、控制与测试的精度、数据采集与处理的速度不断提高，在材料研究特别在高聚物与复合材料的研究中应用越来越广泛。　　推动动态力学热分析技术迅速发展的根本动力无疑是该项技术在材料科学与工程中的重要意义。具体地说，主要表现在以下几方面。　　①于任何材料，不论结构材料或功能材料，力学性能总是最基本的性能。对于在振动条件下使用的材料或制品，它们的动态力学性能比静态力学性能更能反映实际使用条件下的性能。　　②聚物及其复合材料是典型的粘弹性材料。动态力学试验能同时提供材料的弹性与粘性性能。　　③态力学热分析通常只需要用很小的试样就能在宽阔的温度和/或频率范围内进行连续测试，因而可以在较短的时间内获得材料的刚度与阻尼随温度、频率和/或时间的变化。这些信息对检验原材料的质量、确定材料的加工条件与使用条件、评价材料或构件的减振特性等都具有重要的实用价值。　　④态力学热分析在测定高分子材料的玻璃化转变和次级转变方面，灵敏度比传统的热分析技术如DTA、DSC之类的高得多，因而在评价材料的耐热性与耐寒性、共混高聚物的相容性与混溶性、树脂-固化剂体系的固化过程、复合材料中的界面特性和高分子的运动机理等方面具有非常重要的实用与理论意义。　　目前，先进的动态力学热分析仪已拓展到能兼测材料的静态粘弹性，如蠕变、应力松弛等。　　但是，与静态力学测试技术和传统的热分析技术相比，动态力学热分析技术的发展历史毕竟较短，因而人们对它的原理与应用潜力还认识不足。虽然在国内已出版过一些有关动态力学分析的译著，但一方面，其中所涉及的数学与物理理论较深，另一方面，所涉及的仪器已明显跟不上动态力学热分析仪蓬勃发展的趋势。而在有关热分析的著作中，则对动态力学分析技术的介绍一般都相对单薄。　　笔者所在的北京航空航天大学高分子物理实验室，于20世纪70年代学习、仿制并改进了振簧仪和悬线式动态粘弾谱仪，从此开始了动态力学热分析技术的应用研究。80年代引进了杜邦公司的DuPontDMA982/1090B,在多项研究工作的基础上，汇集了数十幅DMA温度谱，纳入《高分子材料热分析曲线集》，由科学出版社于1990年正式出版。同时，也开展了超声传播法测定各向异性复合材料动态刚度的研究。但是上述动态力学试验法均主要适用于刚性材料，且不便于测定材料的动态力学性能频率谱。为适应品种繁多、性能范围宽阔、试样形式多样和应用目标各异的高分子材料与复合材料的研究，本实验室于90年代引进了RheometricScientificDMTAⅣ，并在研究工作的基础上，编制了中华人民共和国航空工业标准《塑料与复合材料动态力学性能的强迫非共振型试验方法》(HB7655～1999)。在近30年的实践中，笔者对动态力学热分析技术及其应用有了一些体会，也获得了一些经验，遂萌生了总结一下的想法，以便与同行交流共勉。　　动态力学热分析是一门理论性和应用性都很强的科学与技术。但对大多数同行而言，更侧重于应用。因此，本书撰写的指导思想是实用。目的是阐明几个普遍关注的问题。　　动态力学热分析能提供哪些信息?　　这些信息的物理意义是什么?　　如何处理与应用这些信息了?　　为此在撰文中坚持下列几项原则。避免过于深奥的理论与数学推导重点阐明物理概念。　　在全面阐述自由衰减振动法、强迫共振法、强迫非共振法和声波传播法的基础上，介绍目前应用越来越广泛的强迫非共振法。紧密结合最新的ISO和ASTM标准讨论试验方法。结合典型实例(但无意作文献综述〉阐明动态力学热分析的应用性突出在新材料与新工艺中的应用。结合实践讨论动态力学热分析数据的相对性与绝对性。提供较多图谱，提高直观性与可读性。但不同于手册，不求全。原理部分，给出示意图谱实例部分，给出实测图谱。　　但是，囿于本实验室的仪器类型有限，笔者只可能主要围绕所使用过的仪器进行讨论，难免有挂一漏万之嫌。所幸者，目前国际上许多先进的商品动态力学热分析仪，尤其是强迫非共振仪，尽管在结构、外形上各具特色，规范、明细上略有差异，但它们的基本原理与功能正日趋一致。因此，相信“解剖麻雀”的哲学思想定会被同行所理解与接受。　　在本实验室动态力学热分析技术的建设与发展中，刘士昕先生曾做出重要贡献，虽然他目前不再从事该项工作。在本书撰写过程中，得到了他的热忱支持，并获得他的同意，引用我们曾经的合作成果，在此谨表示诚挚的感谢。　　在动态力学热分析技术的应用与推广中，笔者的研究生孙永明、刘贵春、阳芳、王志、范欣愉、汪少敏和董伟等做了许多实验工作，笔者深切地体会到师生合作、教学相长的愉悦。　　在本书撰写过程中，美国RheometricScientific有限公司及其中国总代理北京瑞特恩科技公司在提供资料、联络同行专家、养护设备等方面都给予了大力支持，在此一并感谢。　　在本书图谱绘制过程中，笔者的丈夫，陈寿祜先生，以惊人的毅力和耐心，帮助笔者完成了细致繁琐的工作，笔者的感激之情难于言表。鉴于笔者水平有限，书中难免有误，诚请读者批评指正。　　内容提要　　本书分三角部分。介绍了动态力学热分析的基本原理、试验方法及其在高分子材料、工艺研究中的应用。在原理部分，介绍了高分子材料的粘弹性在动态力学行为上的反映、主要参数的物理意义及时-温叠加原理。在式验方法中，结合ISO、ASTM和GB试验标准，全面介绍了自由衰减振动法、强迫共振法、强迫非共振法和超声传播法的仪器与计算分析，并以强迫非共振法为重点，详细讨论了形变模式与试验模式的选择原则、可能获得的信息及影响试验结果的因素。在应用部分，列举了大量研究实例，说明动态力学热分析技术在塑料、橡胶、纤维、复合材料的评价、设计和工艺研究中的实用性，还给出了数十幅典型材料(包括部分金属材料在内)的典型动态力学性能温度谱，或频率谱，或时间谱。本书可供大专院校的学生和研究测试人员参考。　　6.朱诚身« 聚合物结构分析» 科学出版社2010该书用101页的篇幅介绍了热分析方法。第一版序　　聚合物是重要的结构与功能材料。随着当代科学的发展，合成高分子材料在工农业生产、国防建设和日常生活的各个领域发挥着日益重要的作用，21世纪将成为高分子的世纪。以前那种仅停留在研究合成方法、测试其性能、改善加工技术、开发新用途的模式已远不能适应现代科学技术对聚合物材料发展的需要，而代之以通过研究合成反应与结构、结构与性能、性能与加工之间的各种关系，得出大量实验数据，从而找出内在规律，进而按照事先指定的性能进行材料设计，并提出所需的合成方法与加工条件。在此研究循环中，对聚合物结构分析提出了越来越高的要求，从而使之成为高分子科学各个领域中必不可少的研究手段。因此聚合物结构分析已成为高分子材料科学与工程学科的重要组成部分，熟练掌握高聚物结构分析技术不仅对学术研究至为重要，也将为生产实际提供必要的技术保证。　　由华夏英才基金资助、郑州大学朱诚身教授主编的《聚合物结构分析》一书，正是为从事高分子材料科学与工程研究的学者、教师、学生、工程技术人员提供的一本有关聚合物分析方面的专著与参考书。本书主要内容是关于现代仪器分析技术在聚合物结构分析中的应用，以及结构分析中所涉及的理论、思维方式、实验方法等。有关材料来源于最新出版的学术专著、学术期刊中的有关论文，以及作者多年从事该领域研究的成果与经验。　　与目前已出版的国内外同类著作相比，本书具有以下特点：①内容全面。本书是目前已出版著作中内容相对最完备，介绍方法最多的著作 ②操作与思维方法并重。本书一改同类著作中仅介绍方法原理与操作方法的传统，通过对各种方法发展历史、现状与展望，全面介绍其发展历程与趋势，在方法介绍的同时使读者学到系统的思维方法，使之从发展的角度掌握各种研究方法，指出了创新之路 ③应用性强。通过对各种应用实例，特别是作者亲自研究体会的介绍，使读者能更容易掌握各种结构分析方法的应用。因此本书是一本内容完整，体例新颖，富有特色的学术著作。　　相信本书的出版，将对我国高分子材料科学与工程学科的发展做出积极的贡献。　　程镕时　　中国科学院院士第一版前言　　随着高分子材料科学与工程的迅猛发展，对高聚物结构的认识愈加深人和全面的同时，对聚合物结构分析提出了更为繁重的任务，掌握现代分析技术，测定高分子各层次的结构，探讨结构与性能之间的关系，已成为每位从事高分子科学与工程工作、研究与学习的人士必备的基本功。本书正是为从事高分子物理、高分子化学、高分子材料、高分子合成、高分子加工等领域的学者、教师、学生、工程技术人员等提供的一本有关聚合物结构分析方面的专著与参考书。　　本书是在作者多年来从事高分子科学研究，并吸取该领域最新研究成果的基础上集体完成的。其中第一章绪论由朱诚身执笔 第二章振动光谱与电子光谱由王红英、孙宏执笔 第三章核磁共振由孙宏、王红英执笔 第四章热分析由朱诚身、任志勇、何素芹执笔 第五章动态热力分析与介电分析由何索芹、朱诚身执笔 第六章气相色谱与凝胶色谱由汤克勇执笔 第七章裂解色谱与色质联用由汤克勇执笔 第八章透射电镜与扫描电镜由何家芹、朱诚身执笔 第九章广角X射线衍射和小角X射线散射由毛陆原、李铁生执笔 第十章液态与固态激光光散射由李铁生、毛陆原执笔。全书由朱诚身统稿。　　本书的出版得到了华夏英才基金的资助，以及北京化工大学金日光教授、四川大学吴大诚教授的热情推荐。在此表示衷心的感谢。在编辑过程中，本书责任编辑、科学出版社杨震先生给予多方指导，杨向萍女士在立项过程中给予热情帮助 在撰写过程中郑州大学材料工程学院王经武教授、曹少魁教授对本书内容的确定提供了宝贵意见!郑州大学材料学专业硕士生陈红、张泉秋、刘京龙、历留柱在文字打印和插图绘制等方面作了许多具体工作，在此一并表示衷心地感谢。　　特别要感谢中国科学院院士程镕时先生，百忙中为本书写序，给予热情推介。最后还要感谢作者的家人，在事业与写作方面给予的理解与支持。　　由于作者学识、经验方面的局限，和学科方面的飞速发展，本书内容与行文方面难免存在欠妥之处，敬请读者不吝赐教。　　朱诚身第二版前言　　本书自2004年出版以来，受到读者的欢迎与支持，很快被第二次印刷、被许多学校选做教材和考研参考书，并在2007年获得河南省科技进步三等奖。由于近年来高分子科学的飞速发展，聚合物结构分析方面的研究对象日益增多，深度与广度越来越大，研究方法与手段日新月异，因此在本书库存几乎告罄之际，责任编辑杨震先生建议作者修订再版，就有了本书，即《聚合物结构分析》的第二版。　　参加第一版撰写的作者，除王红英不幸英年早逝，任志勇、孙红因其他工作没有参加编写外，其余都参加了修订 刘文涛、申小清、郑学晶、周映霞、朱路也参加了修订工作。　　与第一版相比，第二版主要删除了每种研究方法中一些较老、目前已不采用的研究内容与制样手段，补充了最新的研究成果和每种研究方法的最新发展趋势。每章参考文献删除了一些较早文献，补充了最新研究文献。　　修订较大的章节有：　　第四章热分析。删除了部分由仪器本身误差造成的影响，增加了近年来受关注的操作条件影响因素 增加了若干近年来出现的新型仪器，以及新近出现的各种仪器之间的联用技术。　　第八章考虑到涉及的各种分析方法，将题目由。“透射电镜与扫描电镜”改为“显微分析” 删除了透射电镜制样技术，增加了电子能谱和扫描隧道显微镜的内容。　　第十章在第一版中的体例与其他章有些不一致，第二版中第九、十两章作了较大的调整：第九章题目由“广角X射线衍射和小角X射线散射”改为“广角X射线衍射” 原来小角X射线散射的内容调到第十章，该章题目由“液态与固态激光光散射”改为“小角激光散射和小角X射线散射”。　　全书由朱诚身策划，其中第一章绪论由朱诚身执笔 第二章振动光谱与电子光谱由刘文涛、申小清、周映霞执笔 第三章核磁共振与顺磁共振由毛陆原、申小清、郑学晶执笔 第四章热分析由申小清、刘文涛、朱诚身执笔 第五章动态热机械分析与介电分析由何素芹、申小清、刘文涛执笔 第六章气相色谱与凝胶色谱由汤克勇、郑学晶、朱诚身执笔 第七章裂解色谱与色质联用由郑学晶、汤克勇、周映霞执笔 第八章显微分析由何素芹、刘文涛、朱诚身执笔 第九章广角X射线衍射由毛陆原、朱路、李铁生执笔 第十章小角激光散射和小角X射线散射由李铁生、朱路、毛陆原执笔，全书由朱诚身统稿。　　本书责任编辑科学出版社杨霞、周强先生在修订过程中给予多方指导，在此表示衷心地感谢。　　鉴于学科方面的发展之迷，而作者见闻之携、本书桀误之处势所难免，尚请读者不吝赐教。　　朱诚身　　2009年7月16日内容简介　　本书系统介绍了现代仪器分析技术在高聚物结构分析中的应用以及结构分析中所涉及的理论、思维方式、实验方法等。内容包括：振动光谱、电子光谱、核磁共振、顺磁共振、热分析、动态热机械分析、动态介电分析、气相色谱、凝胶色谱、裂解色谱、色质联用、显微分析、广角X射线衍射、小角激光散射、小角X射线散射等方法的基本原理、仪器结构、发展历史、发展趋势，在聚合物结构分析中的应用实例及解析方法等。　　本书可供高分子科学与工程专业本科生、硕士生、博士生以及从事有关高分子物理、高分子化学、高分子材料合成与加工研究和生产方面的专家、学者和工程技术人员参考。　　7.现代高分子物理学(上、下册)殷敬华莫志深主编科学出版社2001内容简介：　　本书为中国科学院研究生教学丛书之一。本书全面介绍高分子物理的主要发展领域和现代高分子物理的主要研究方法和手段。全书共二十六章，分上、下两册出版，上册，主要介绍高分子物理的主要研究领域包括高分子链结构和聚集态结构、高分子的形态学、晶体结构和液晶态、高分子杂化材料、导电高分子和生物降解高分子结构特点和应用、高聚物共混体系的界面和增容及统计热力学、高聚物的物理和化学改性等。下册主要介绍现代高分子物理的主要研究方法和手段，包括原子力显微镜、X射线衍射、质谱学基础、电子显微镜、热分析、表面能谱、顺磁共振、电子自旋共振波谱、振动光谱和光学显微镜等的基本原理及其在高聚物中的应用。各章既有基础理论、基本原理深入浅出的介绍，也有翔实的应用实例。本书可作为高等院校和研究院所攻读高分子科学硕士和博士学位研究生的教学用书，也可供从事高分子科学研究和高分子材料生产的研究人员、工程技术人员参考。　　8.张俐娜薛奇莫志深金熹高编著« 高分子物理的近代研究方法» 武汉大学出版社2003该书的第五章高聚物热分析和热-力分析，详细介绍了热分析在高聚物研究中的应用。DSC在高聚物研究中的应用研究结构及动态变化表征玻璃化转变和熔融行为分析多组分高聚物体系的组成研究高聚物链缠结及化学交联研究高聚物的结晶行为表征高聚物的微相结构研究高聚物共混相溶性反映共混高聚物中组分间的相互作用研究热历史和处理条件对高聚物结构的影响DMA动态力学分析在高聚物研究中的应用评价高聚物材料的使用性能研究材料结构与性能的关系表征高聚物材料的微相结构研究高聚物的相互作用表征高聚物的共混相容性研究高聚物的溶液-凝胶转变行为。　　序言　　高分子化学是一门迅速发展起来的基础和应用科学，并且高聚物材料及产品的迅速增长已经对世界经济产生了巨大影响。进入21世纪后高分子科学与技术将发生更大变革和突破，而且对人类生存、健康与发展起更大作用。为适应高分子科学的发展，要求在该领域的工作者对高分子物理的理论、实验方法和原理以及实际应用有足够的了解和认识。尤其对于很多高分子科学工作者而言，他们需要知道运用哪些高分子物理近代仪器和方法以及如何得到可靠的数据和信息采指导他们的科研。　　同时，为了培养一大批从事高分子科学与技术的高级科技人才，必须全面提高研究生培养的质量。研究生教材建设是提高研究生培养质量的重要工作之一，为此武汉大学研究生院组织了国内一批在高分子物理前沿工作而且又具有丰富教学经验的教授和科学家以及该校青年教师编写《高分子物理近代研究方法》一书。环顾近年高分子化学与物理方面的教科书及专著，都力求包含最新成果，因而内容越来越广，深度越来越深，篇幅也越来越长。为此，这本书采用了创新的格式把研究生必修的内容用简明的语言和图表阐明，同时列举大量的最新研究成果作为实例帮助读者理解、记忆和正确运用高分子物理理论和方法。因此，这本书具有简单、明确、知识新和学习效率高的特点。我衷心祝愿新一代高分子学子能从书中受益，并为我国高分子科学发展作出重大贡献。　　中国科学院院士　　南京大学教授　　2002年5月内容简介　　本书基于高分子物理基本原理和理论，简要介绍了如何测定和研究高聚物的分子量及其分布、链构象、化学结构及其组成、结晶度及取向、熔点、玻璃化转变温度、分子运动及力学松弛、热性能、界面及表面、复合物粘接、力学性能、电学性能及生物降解性等方面的先进方法，以及光谱、波谱、色谱、激光光散射、X射线和电子显微技术。本书收集了大量具有创新思想和科学价值的实例，以指导读者更有效地应用先进仪器和方法从事高分子科学与技术的基础研究和应用开发。全书共收集约400篇参考文献，内容丰富、新颖、简明易懂，是一本较全面、深入的高分子物理教材，适合高分子化学和物理、橡胶、塑料及高聚物材料工程等方面的研究生、教师、科技人员及企业管理人员参考。　　9.刘振海« 聚合物量热测定» 化工出版社2002前言　　自1963年差示扫描最热法(differentialscanningcalorimetry,DSC)产生以来，在高分子材料的研究和表征中这种方法一直扮演着重要角色，虽然DSC仅是诸多热分析方法中的一种，可从近年高分子热分析的发展趋向来看，DSC这种方法构成了高分子热分析的主要组成部分。近年高分子科学出现了一系列以DSC为主或仅基于此种方法的学术著作，诸如《聚合物材料的热表征》(E.A.Turied.ThermalCharacterizationofPolymericMaterials.NewYork：AcademicPress,1981 2ndEdition,1997),该书由第1版的970页发展到第2版的2420页《热分析基础及其在聚合物科学中的应用》(T.Hatakeyama,F.X.Quin,ThermalAnalysisFundamentalsandApplicationstoPolymerScience,Chichester：JohnWiley&Sons,19942ndEdition,1999) 《高分子DSC》(V.A.Bershtein,V.M.Egorov.DifferentialScanningCalorimetryofPolymers.NewYork：EllisHorwood,1994) 国际刊物JournalofThermalAnalysisandCalorimetry于2000年第1期出版专辑AdvancesinThermalCharacterizationofpolymericMaterials。　　尤应注意到，就在近年(1992年)在DSC的基础上推出一种更新的热分析方法——调制式差示扫描量热法(temperaturemodulateddifferentialscanningcalorimetry,TMDSC),这种方法一出现，就引起了人们的极大兴趣，就1998年的不完全统计已有300多篇论文发表，并很快出版了专辑【JThermAnal,1998,54(2)】。预计这种调制技术可用于各种热分析方法，将引起热分析技术一系列新变革。　　作者长期从事高分子热分析科研、教学和学会工作，近年还各自主持了一段学术期刊工作，我们有着几乎完全相同的业务经历。我们合著有中、英文版《热分析手册》(中文版，北京化学工业出版社,1999 英文版,Chichester：JohnWiley&Sons,1998)。并分别出版了《热分析导论》(北京：化学工业出版社，1991)与" ThermalAnalysisFundamentalsandApplicationstoPolymerScience" (详见上述)，主编《应用热分析》(东京：日刊工业新闻社，1996)。我们合著这本《聚合物量热测定》，连同上述著作，望能描绘出热分析一个较为完整的轮廓。　　这本书系统介绍高分子DSC的基础(如热力学基础，DSC和MDSC的基本原理及其产生与发展，高分子的结晶、熔融和玻璃化转变等及由此而引申的各项应用，如相图、单体纯度的测定)，及其在该领域在国内外取得的最新成就(如高分子合金的相容性、液晶的多重转变、水在聚合物中的存在形式及其相互作用、联用技术等)。热力学和量热学分别是热分析的理论与技术基础，Wunderlich教授所著由AcademicPress(NewYork)出版的学术专著：MacromolecularPhysicsVol3CrystalMelting(1980),ThermalAnalysis(1990)和ThermalCharacterizationofPolymericMaterials(2ndEdn,TuriEDed,1997)一书的第二章对热分析的热力学基础做了十分精辟和系统的论述 G.W.H.Hohne,W.Hemminger,H.J.Flammersheim所著DifferentialScanningCalorimetryAnIntroductionforPractitioners(Berlin：Springer,1996)堪称在阐述量热学(量热仪的传热过程)方面的佳作。作为国际热分析协会教育委员，我们愿将上述著作的有关内容介绍给国内的广大读者，本书基础部分——第一、三章和第二章的编写，分别参考了上述著作，以飨读者。　　本书的第一、二、三章及附表由刘振海参考上述学术专著编写，第四、六、七、十章由畠山立子(T.Hatakeyama)编写，第五章由刘振海、陈学思、宋默编写，第八章由刘振海、陈学思编写，第九章由张利华编写。　　借此机会，对于此书撰写和出版过程中给予我们鼎力相助的热分析与量热学杂志主编J.Simon教授、国际热分析协会教育委员会主席E.A.Turi教授、福井工业大学畠山兵衞教授、中科院长春应用化学研究所黄葆同院士、汪尔康院士、中科院长春分院黄长泉研究员、吉林大学陈欣方教授、中科院长春应用化学研究所王利祥研究员、唐涛研究员、化学工业出版社任惠敏编审、杜进祥编辑，以及对给予出版资助的国家科学技术学术著作出版基金委员会和精工电子有限公司一并表示衷心感谢。　　受篇幅所限，本书侧重于原理的叙述，而对于浩如烟海的大量文献资料未能充分收入，日后如有机会出增订版，乐于做进一步的增补。也因时间仓促，本书定有许多疏漏，望读者不吝指正。　　刘振海(长春)畠山立子(东京)2001年9月内容提要　　本书系统地介绍了聚合物材料量热分析的基本原理和各类应用，着重介绍差示扫描量热法和近年出现的调制式差示扫描量热法，突出反映了该领域国内外最新成果与研究进展。全书分为两部分，共10章：第1-3章为基础部分，介绍热分析的热力学基础知识、差示扫描量热法、调制式差示扫描量热法以及结晶聚合物的熔融与结晶过程 第4～9章介绍DSC在聚合物分析方面的应用，包括在聚合物的玻璃化转变、热焓松弛、多相聚合物体系、液晶性质、水与高分子的作用、高分子合成、聚合物辐射效应等方面的研究与应用 第10章介绍热分析与其他分析方法的联用技术。　　本书资料翔实，内容丰富，语言精炼，可供从事聚合物热分析、高分子材料研究及其相关专业技术人员学习参考。　　近年来，国内又出版了几本新的高分子物理著作，如马德柱主编« 聚合物结构与性能» (结构篇、性能篇)科学出版社2013。华幼卿金日光2013，« 高分子物理» ，第四版，北京：化学工业出版社　　焦剑主编2015高分子物理西北工业大学出版社　　本文编撰过程中，参阅了上述高分子物理著作并作为文献引用，在此表示感谢!　　参考文献　　[1]« 高分子结晶和熔融行为的FlashDSC研究进展» 李照磊1，2周东山1胡文兵1　　[2]何曼君张红东陈维孝.« 高分子物理» 第三版复旦大学出版社2007　　[3]张俐娜薛奇莫志深金熹高编著« 高分子物理的近代研究方法» 武汉大学出版社2003　　[4]朱诚身« 聚合物结构分析» 科学出版社2010　　[5]何平笙编著« 新编高聚物的结构与性能» 科学出版社2009　　附录　　有关高分子物理的教学参考书(按出版时代排列)　　Alfrey.1948.MechanicalPropertiesofHighPolymers.NewYork：IntersciencePublishers　　是早期有关高聚物力学性能的专著、至今仍有参考价值。　　FloryPJ.1953.PrincipleofPolymerChemistry.Ithaca:CornellUniversityPress　　是高分子科学的经典教材，被誉为高分子科学的”圣经”，一直到现在仍被美国众多大学选为教材，Flory也是高分子界获得诺贝尔化学奖的科学家。　　钱人元，1958，高聚物的分子量测定，北京：科学出版社　　是我国科学家自己的科研成果和撰写的有关专著，被翻译成英文和俄文出版，至今仍有现实的参考价值。　　柯培可ⅡⅡ，1958，非晶态物质。钱人元，钱保功等译，北京：科学出版社　　介绍原苏联学者的研究成果和观点，对我国有相当影响。　　MasonP.WookeyN.1958.TheRheologyofElastomers.Paris:PergamonPress　　是为数不多专门讲授弹性体力学性能的著作。　　徐僖，1960，高分子物化学原理。北京：化学工业出版社　　为国内高校工科院校早期的高分子专业教科书，有一定影响。　　TobolskyAV.1960.PropertiesandStructureofPolymers.NewYork:JohnWiley&Sonslnc　　是一本比较经典的高分子物理教材性质的书，对我国高分子物理教学有相当的影响。其中有关化学应力松弛的内容仍然具有权威性。　　TanfordC.1961.PhysicalChemistryofMacromolecules.NewYork:JohnWiley&SonsInc　　是一本在高分子溶液方面写得较好的教材。　　卡尔金，斯洛尼姆斯基，1962。聚合物物理化学概论、郝伯林等译。北京：科学出版牡　　是前苏联学者的一本著作，对我国高分子物理起步有较大影响。　　BuecheF.1962.PhysicalPropertiesofPolymers.NewYork:IntersciencePublishers　　是一本比较经典的高分子物理教材性质的书，对我国高分子物理教学有相当的影响。　　NielsenL.E.1962.MechanicalPropertiesofPolymers.NewYork:ReinholdPublishingCorporation　　也是一本比较经典的高分子物理教材性质的书，对我国高分子物理教学有较大的影响，有中文翻译本，即1965年冯之榴等译《高聚物的力学性能》，上海科学技术出版社。　　VolkensteinMV.1963.ConfigutationalStatisticsofPolymericChains.NewYork:Interscience　　是原苏联学者的专著，俄丈原书系1959年莫斯科苏联科学院出版社出版· 有很高价值，　　卡尔金等，1964，高分子物理进展(论文集)，钱人元等译，北京：科学出版社　　是一本较全面介绍原苏联学者成果的书。　　高分子学会，1965，レオロジーハンドブック(流变学手册)，东京：丸善株式会社　　有很多早期的实验教据图。　　MandelkernL.1965.CrystallizationofPolymers.NewYork:McGraw-HillBookCompany　　AndrewsE.H.1968.FractureinPolymers.Edinburgh:Oliver&Boyd　　是有关高聚物断裂和强度的专著,因为是文革期同出的书，国内图书馆较少有收藏。　　AlexanderLE.1970.X-rayDiffractionMethodsinPolymerScience.NewYork:JohnWiley&.SonsInc　　和田八三久.1971.高分子的固体物性，东京：培风馆　　日本学者撰写的内容比较深的高分子物理著作。国内没有流行。　　BillmeyerFW.1971.TextbookofPolymerScience.NewYork,:WileyInierscienceInc　　这是一本在西方影响很大的教材，但一直没有再版，　　PeebolsJJH.1971.MolecularWeightDistributionsinPolymers.NewYork,:JohnWiley&SonsInc　　有不少关于聚合反应动力学统计理论的内容，　　TobolskyAV,MarkHF.1971.PolymerScienceandMaterials.NewYork,:WileyInterscience　　有中文译本，即1977年托博尔斯基AV,马克HF编，聚合物科学与材料翻译译组译《聚合物科学与材料》，北京：科学出版社。　　KakudoM.KasaiN.1972.X-rayDiffractionMethodsinPolymerScience.NewYork:WileyInterscience　　JenkinsAD.1972.PolymerScience,Amaterialssciencehandbook,1and2.Amsterdam:North-HollandPublishingCompany　　这是一本上下两册大部头著作，内容极为丰富。　　TreloarLRG.1958.ThePhysicsofRubberElasticity.3rdEd.Oxford:UniversityPress　　一本最详细介绍有关橡胶高弹性的专著。国内有中文译本，20世纪60年代的第一版就翻译成中文，第三版由王梦蛟，王培国，薛广智译，吴人洁校，北京：化学工业出版社，1982。　　高分子学会，1972，高分子的分子设计3：分子设计和高分子材料的展望，东京：培风馆　　论述通过分子设计来制备高分子材料的设想· 在当时有相当的影响。　　小野木重治，1973，高分子材料科学，东京：诚文堂新光社　　是来自日本的一本教材，也有一定影响，　　KauschHH,HassellJA,JaffeeRI.1973.DeformationandFractureofHighPolymers,NewYork:PlenumPress　　内容较专一。　　HawardRN.1973.ThePhysicsofGlassyPolymers.London:AppliedSciencePublishersLtd　　对玻璃态高聚物的力学性能有详细介绍，　　晨光化工厂，1973，塑料测试，北京：燃料化学工业出版社　　这是一本有管高聚物性能测试早期的著作，当时有相当的影响。　　WunderlichB.1973.MacromolecularPhysics.Vol.Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ.NewYork:AcademicPress　　三卷的大著，专门讲述高聚物的结晶行为，很有参考价值。　　SamuelsRJ.1974.StructuredPolymerProperties.NewYork:WileyInterscience　　莫特N等.1975.材料——微观结构及物理性能的概述.中国科学技术大学《材料》翻译组译，　　北京：科学出版社　　该书有关“高聚物材料的本质" 和' ' 复合材料的本质”两章有很好的参考价值，其中Mark提出的提高高聚物性能的三角形原理有参考价值。　　ArridgeRGC.1975.MechanicsofPolymers.Oxford:ClarendonPress　　是一本从力学观点讲述的高聚物力学性能的专著。　　TagerA.1978.PhysicalChemistryofPolymers.Moscow:MIPPublisher　　是一本由原苏联学者撰写的高分子物理教材，用英文出版，从中可了解不少原苏联学者的科研成果。　　AndrewsEH.1979.DevelopmentsinpolymerFracture-1.London:AppliedSciencePublishers　　是Andrews又一本关于高聚物断裂和强度的编著，有相当参考价值。　　TadokoroH.1979.StructureofCrystllinePolymers.NewYork:JohnWiley&.SonsInc　　BlytheAR1979.ElectricalPropertiesofPolymers.Cambridge:CambridgeUniversityPress　　是剑桥大学" CambridgeSolidStateScienceSeries" 系列中的一本书。　　中国科学院上海有机化学研究所十二室，1980，压电高聚物，上海：上海科学技术文献出版社　　CherryBW.1980.PolymerSurfaceCambridge:CambridgeUniversityPress　　是剑桥大学”CambridgeSolidStateScienceSeries”系列中的一本书。　　WilliamsJG.1980.StressAnalysisofPolymers.2ndEd.NewYork:JohnWiley&SonsInc　　是一本从力学观点讲述的专著，书中数学内容较深。　　FerryJD.1980.ViscoelasticPropertiesofPolymers.NewYork:JohnWiley&SonsInc　　是一本高聚物黏弹性的专著，有很好的参考价值。　　林尚安，陆耘，粱兆熙，1980，高分子化学，北京：科学出版社　　由于全书既有高分子化学又有高分子物理内容，不便使用，影响不大。　　施良和，1980，凝胶色谱法，北京：科学出版社　　对普及凝胶色谱法有很好作用。　　BaileyRT,NorthAM,PethrickRA.1981.MolecularMotioninHighpolymers.Oxford:Clar-　　endonPress　　YoungRJ.1981.IntroductiontoPolymers.London:ChapmanandHall　　这是一本非常简明的高分子教材，其中有不少有关作者本人的研究成果，如聚双炔类宏观单晶体的结构与性能。英文也非常通顺易读。　　BassettDC.]981.PrinciplesofPolymerMorphology,Cambridge:CambridgeUniversitypress　　是剑桥大学”CambridgeSolidStateScienceSeries”系列中的一本书。有中文译本，即1987　　年巴西特著，张国耀，梨书樨译《聚合物形态学原理》，北京：科学出版社。　　潘鉴元，席世平，黄少慧.1981.高分子物理，广州：广东科技出版社　　该书介绍的有关形变-温度曲线的论述仍有参考价值。　　彼得· 赫得维格，1981，聚合物的介电谱，第一机械工业部桂林电器科学研究所译，北京：机械工业出版社　　范克雷维伦DW.1981.聚合物的性质：性质的估算及其与化学结构的关系，许元泽，赵得禄，吴大诚译，北京：科学出版社　　至今仍有参考价值。　　尼尔生LE.1981，高分子和复合材料的力学性能.丁佳鼎译，北京：轻工业出版杜　　赵华山，姜胶东，吴大诚等，1982，高分子物理学，北京：纺织工业出版社　　是为化学纤维专业写的教材。　　沈得言.1982、红外光谱法在高分子研究中的应用.北京科学出版社　　是我国学者写的较早的有关高分子物理的专著。　　SeanorDA.1982.ElectricalPropertiesofPolymers.NewYork:AcademicPress　　WardIM.1982.DevelopmentsinOrientedPolymers.London:AppliedSciencePublishers　　BohdaneckyM,Ková rJ.1982.ViscosityofPolymerSolutions.NewYork:ElsevierScientific　　BurchardW,PattersonGD.1983.LightcatteringfromPolymers.NewYork:Springer-Verlag　　尼尔生LE.1983，聚合物流变学。范庆荣，宋家琪译，北京：科学出版社。　　WilliamsDJ.1983.NonlinearOpticalPropertiesofOrganicandPolymericMaterials.WashingtonD.C.:AmericanChemicalSociety　　是一本以编著形式撰写的书。　　WardIM1983.MechanicalPropertiesofSolidPolymers.2ndEd.NewYork:Wiley-Interscience　　这是一本Ward写的英国研究生教材，国内曾前后两次把它的第一版和第二版翻译成中文出版，即1988年沃德著，徐懋，漆宗能等译校《固体高聚物的力学性能》，第二版，北京：科学出版社。仍有相当的参考价值。　　斯坦RS.1983.散射和双折射方法在高聚物织态研究中的应用，徐懋等译.北京：科学出版社　　KinlochAJ,YoungRJ.1983.FractureBehaviorofPolymers.London:AppliedSciencePublishers　　内容比较全面的有关高聚物断裂的专著。　　北京大学化学系高分子化学教研室，1983，高分子物理实验，北京：北京大学出版社　　WilliamsJG.1984.FractureMechanicsofPolymers.NewYork:JohnWiley&Sonslnc　　塞缪尔斯RJ.1984.结晶高聚物的性质，徐振森译。北京：科学出版社　　EliasHG.1984.MacromoleculesI,structureandProperties.2ndEd.NewYork:PlenumPress　　韩CD、1985.聚合物加工流变学、徐僖，吴大诚等译，北京：科学出版社　　AklonisJ.MacKnightWJ.1972.MinchelShen,IntroductiontoPolymerViscoelasticity.NewYork:Wiley-Interscience　　这是一本很好的有关高聚物黏弹性的入门书，1983年第二版，并由吴立衡翻译为中文，即吴立衡译，徐懋校《聚合物粘弹性引论》，北京：科学出版社，1986。可惜的是作者之一的华人科学家沈明琦英年早逝，没有能参加这第二版的写作。位沈明琦1979年在复旦大学讲课为后来出版的《高聚物的粘弹性》一书打下了基础，即于同隐，何曼君，卜海山，胡加聪，张炜编著《高聚物的粘弹牲》，上海：上海科学技术出版社，1986。　　冯新德，唐敖庆，钱人元等，1984，高分子化学与物理专论，广东：中山大学出版社　　其中钱人元和于同隐有关高分子凝聚态基本物理问题和玻璃化转变的章节很有参考价值。奥戈凯威斯RM.1986，热塑性塑料的性能和设计，何平笙等译，北京：科学出版社　　是钱人无院士推荐翻译的有关材料性能与制品关系的专著，是高聚物结构与性能的进一步深入。　　吴大诚，1985，高分子构象统计理论导引，成都：四川教育出版社　　可供有关专业研究生阅读。　　唐敖庆等，1985，高分子反应统计理论，北京：科学出版社　　卓启疆，1986，聚合物自由体积，成郁：成都科技大学出版社　　是一本专门讲述高聚物中自由体积的小册子。　　钱保功，许观藩，余赋生等，1986，高聚物的转变与松弛，北京：科学出版社　　是中国科学院长春应用化学研究所多年工作的总结，有大量的实验数据。　　考夫曼HS,法尔西塔JJ.1986，聚合物科学与工艺学引论，吴景诚，钱文藻，杨淑兰译，北京：科学出版社　　郑昌仁，1986，高聚物分子量及其分布，北京：化学工业出版社　　DoiM,EdwardsSF.1986.TheTheoryofPolymerDynamics.Clarendon:OxfordUniversity　　Press　　有机玻璃疲劳和断口图谱编委会.1987，有机玻璃疲劳和断口图谱，北京：科学出版社　　夏炎.1987.高分子科学简明教程，北京：科学出版社　　是为师范生写的教材。　　拉贝克JF.1987，高分子科学实验方法，物理原理与应用，吴世康，漆宗能等译，北京：化学工业出版社　　提供大量的高分子实验，是一本高分子实验方面的权威性著作。　　何家骏，1987，高分子溶液理论导论，兰州：兰州大学出版社　　斯珀林LH.1987，互穿聚合物网络和有关材料，黄宏慈，欧玉春译，佟振合校、北京：科学出版社　　吴大诚，1987～1989，现代高分子科学丛书，成都：四川教育出版社　　共十本书，其中与高分子物理有关的是：　　(1)孙鑫，《高聚物中的孤子和极化子》，1987。　　(2)吕锡慈，《高分子材料的强度与破坏》，1988。　　(3)吴大诚，谢新光，徐建军，《高分子液晶》，1988。　　(4)许元泽，(高分子结构流变学》，1988。　　(5)古大治。《高分子流体动力学》，1988。　　(6)江明，《高分子合金的物理化学》，1988。　　(7)赵得禄，吴大诚，《高分子科学中的MonteCarlo方法》，1988。　　(8)吴大诚，HsuSL,《高分子的标度和蛇行理论》，1989。　　日本纤维机械学会，纤维工学出版委员会，1988，纤维的形成、结构及性能、丁亦平译，北京：纺织工业出版社　　朱永群，1988，高分子物理基本概念与问题，北京：科学出版社　　是第一本有关高分子物理习题的书。　　鲁丁JA.1988，聚合物科学与工程学原理，徐支祥译，北京：科学出版社　　潘道成，鲍其鼎，于同隐，1988，高聚物及其共混物的力学性能，上海：上海科学技术出版社　　朱善农等，1988，高分子材料的剖析，北京：科学出版社　　穆腊亚马，1988，聚合物材料的动态力学分析，福特译，北京：轻工业出版社　　李斌才，1989，高聚物的结构与物理性质，北京：科学出版社　　周贵恩，1989，聚合物X射线衍射、合肥：中国科学技术大学出版社　　CampbellD,WhiteJR1989.PolymerCharacterization:PhysicalTechniques.London:Chapman&Hall　　国内少有人拥有此书。　　王正熙，1989，聚合物红外光谱分析和鉴定，成都：四川大学出版社　　林师沛，1989，塑料加工流变学，成都：成都科技大学出版社　　雀部博之，1989，导电高分子材料，曹镛，叶成，朱道本译，北京：科学出版社　　克里斯坦森RM.1990，粘弹性力学引论，郝松林，老亮译，北京：科学出版社　　杨挺青，1990，粘弹性力学，武汉：华中理工大学出版社　　胡徳，1990，高分子物理与机械性质(上、下册)，台北：渤海堂文化公司　　是我国台湾学者编写的高分子物理教材，内容偏重高聚物本体的性能，不涉及凝聚态以及溶液和相对分子质量等。　　FujitaH.1990.PolymerSolutions.Amsterdam:Elsevier　　SchmitzKS.1990.AnIntroductiontoDynamicLightScatteringbyMacromolecules.SanDiego,AcademicPress　　弗洛里PJ.1990，链状分子的统计力学，吴大诚，高玉书，许元泽等译，吴大诚校，成都：四川科学技术出版社　　是弗洛里又一本大著，是高分予理论最重要的经典著作之一。　　朱锡雄，朱国瑞，1992，高分子材料强度学，杭州：浙江大学出版社　　JoachimDE.1992，RelaxationandThermodynamicsinPolymersGlassTransition.Berlin:AkademieVerlag　　郑武城，安连生，韩娅娟等，1993，光学塑料及其应用.北京：地质出版社　　周其凤，王新久，1994，液晶高分子，北京：科学出版社　　有不少作者自己的研究成果。　　GrosbergAY,KhokhlovAR.1994.StatisticalPhysicsofMacromolecules.Woodbury:AIPPress　　黄维垣，闻建勋，1994，高技术有机高分子材料进展，北京：化学工业出版社　　是当年的一本进展性质的汇编。　　左渠，1994，激光光散射原理及在高分子科学中的应用，郑州：河南科学技术出版社　　谢缅诺维奇，赫拉莫娃，1995，聚合物物理化学手册，闫家宾，张玉昆译，北京：中国石化出版社　　薛奇，1995，高分子结构研究中的光谱方法，北京：高等教育出版社　　GeddeUW.1995.PolymerPhysics.London:Chapman&Hall　　叶成，习斯J.1996，分子非线性光学的理论与实践，北京：化学工业出版社　　大柳康，1996，实用高分子合金，吴忠文等译，长春：吉林科学技术出版社　　周光泉，刘孝敏，1996，粘弹性理论，合肥：中国科学技术大学出版社　　这是一本由力学专家写的书，对数学的推导有独特之处。　　吴培熙，张留成，1996，聚合物共混改性，北京：中国轻工业出版社　　朱善农等，1996，高分子链结构，北京：科学出版社　　DoiM.1996.IntroductiontoPolymerPhysics.Clarendon:OxfordUniversityPress　　复旦大学高分子科学系，高分子科学研究所，1996，高分子实验控术，修订版，上海：复旦大学出版社　　已出第二版。　　Hans-GeorgE.1997,AnIntroductiontoPolymerScience.NewYork:VCHPress　　刘凤歧，汤心颐，1997，高分子物理，北京：高等教育出版社　　2004年出了第二版。　　何天白，胡汉杰，1997，海外高分子科学的新进展，北京：化学工业出版社　　StroblG.1997.ThePhysicsofPolymers.2ndEd.Berlin:Springer　　这是一本近十年来有影响的高分子物理教材，Strobl本人多次来国内讲授有关他提出的高聚物结晶的理论，中文译本是斯特罗伯著，胡文兵，蒋世春，门永锋，王笃金译《高分子物理学》，北京：科学出版社，2009。　　ShiLH,ZhuDB.1997.PolymersandOrganicSolids,Beijing:SciencePress　　这是为纪念钱人元院士80寿辰而汇编的文集，由国内外著名学者介绍当今最新科技成果，钱人元，1998，无规与有序——高分子凝聚态的基本物理问题研究，长沙：湖南科学技术出版社　　是钱人元院士带领开展的国家攀登项目“高分子凝聚态的基本物理问题研究”的研究成果的通俗介绍，我国很多科学家对高分子物理的贡献都有深入浅出的论述。　　蔡忠龙，冼杏娟，1997，超高模量聚乙烯纤维增强材料，北京：科学出版社　　该书中有关聚乙烯热学性能的介绍很有参考价值。　　邵毓芳，嵇根定，1998，高分子物理实验，南京：南京大学出版社　　江明，府寿宽，1998，高分子科学的近代论题，上海：复旦大学出版社　　是纪念于同隐教授和钱人元院士80寿辰而汇编的文集，由国内外著名学者介绍当今最新科技成果。　　吴人洁等，1998，高聚物的表面与界面，北京：科学出版社　　吴培熙，张留成，1998，聚合物共混改性，北京：中国轻工业出版社　　沈家瑞，贾德民，1999，聚合物共混物与合金，广州：华南理工大学出版社　　托马斯EL.1999，聚合物的结构与性能，北京：科学出版社　　是一本详细介绍高分子物理近年成果的专著，适合作为进一步深造的参考书。　　朱道本，王佛松，1999，有机固体，上海：上海科学技术出版社　　介绍导电高聚物的专著，有许多我国科学家的研究成果。　　王国全，王秀芬等，2000，聚合物改性，北京：中国轻工业出版社　　梁伯润，屈凤珍等，2000，高分子物理学，北京：中国纺织出版社　　是为合成纤维专门化的学生写的教材。　　顾国芳，浦鸿汀，2000，聚合物流变学基础，上海：同济大学出版社　　金日光，华幼卿，2000，高分子物理，第二版，北京：化学工业出版社　　工科院校所用教材，2007年已出第三版。　　闻建勋，2001，诺贝尔百年鉴——奇妙的软物质，上海：上海科学教育出版社　　是一本有关高分子学界诺贝尔奖获得者的通俗介绍，对了解高分子科学的发展轨迹有启发。　　杨玉良，胡汉杰，2001，跨世纪的高分子科学丛书——高分子物理(分册)，北京：化学工业出版社　　何天白，胡汉杰，2001，功能高分子与新技术，北京：化学工业出版社　　平郑骅，汪长春，2001，高分子世界，上海：复旦大学出版社　　是一本有关高分子科学的高级通俗读本。　　SperlingLH.2001.IntroductionofPhysicalPolymerScience.3rdEd.NewYork:Wiley　　布里格，2001，聚合物表面分析，曹立礼，邓宗武译，北京：化学工业出版社　　殷敬华，莫志深，2001，现代高分子物理学(上、下册)，北京：科学出版社　　名为研究生教材，实际上是一本很好的进展性专著。　　韩哲文，张得震，杨全兴等，2001，高分子科学教程，上海：华东理工大学出版社　　既有高分子化学内容也有高分子物理内容。　　BowerDI.2002.AnIntroductiontoPolymerPhysics.Cambridge:CambridgeUniversityPress　　化学工业出版社2004年以”国外名校名著”系列影印出版了该书。　　刘振海，2002，聚合物量热测定，北京：化学工业出版社　　杨小震，2002，分子模拟与高分子材料，北京：科学出版社　　附有软件光盘，很实用，其软件可利用来开设高分子物理实验。　　过梅丽，2002，高聚物与复合材料的动态力学热分析，北京：化学工业出版社　　是一本很好的有关高聚物动态力学测试的著作。　　吴其晔，巫静安，2002，高分子材料流变学、北京：高等教育出版社　　是一本详细介绍聚合物流变学的研究生教材。内容详尽，很有参考价值。　　QianRY(钱人元)，2002.PerspectivesontheMacromolecularCondensedState.Singapore:WorldScientific　　这是钱人元院士把自己在' ' 高分子凝聚态物理中若干基本问题”国家攀登项目中的成果介绍给世人的一本专著，包括很多我国科学家对高分子物理的贡献。　　ColbyRB.2002.PolymerPhysics.Oxford:OxfordUniversityPress　　TeraokaI.2002.PolymerSolutions:AnIntroductiontoPhysicalProperties.NewYork:John　　Wiley&SonsInc　　非常好的有关高分子溶液的专著，内容较深。　　张祖德，朱平平等，2001，中国科学院一中国科学技术大学硕士研究生入学考试化学类科目考试纲要，合肥：中国科学技术大学出版社　　是中国科学院各研究所和中国科大研究生必读参考书，2002第二版。　　deGennes.1979.ScalingConceptsinPolymerPhysics.Ithaca：CornellUniversityPressGennes　　Gennes是又一位高分子界获得诺贝尔奖的科学家，他把理论物理中的许多概念用在了高分子科学上，创立了高分子物理中著名的“标度理论“。该书已由吴大诚等翻译成中文、即德让　　摘自« 新编高聚物的结构与性能» 何平笙编著科学出版社

2021年，《高分子学报》邀请了国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写从基本原理出发的高分子现代表征方法综述并上线了虚拟专辑。仪器信息网在获《高分子学报》副主编胡文兵老师授权后，也将上线同名专题并转载专题文章，帮助广大研究生和年轻学者了解、学习并提升高分子表征技术。在此，向胡文兵老师和组织及参与撰写的各位专家学者表示感谢。更多专题内容详见：高分子表征技术专题高分子表征技术专题前言孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”。 我们要做好高分子的科学研究工作，掌握基本的表征方法必不可少。每一位学者在自己的学术成长历程中，都或多或少地有幸获得过学术界前辈在实验表征方法方面的宝贵指导！随着科学技术的高速发展，传统的高分子实验表征方法及其应用也取得了长足的进步。目前，中国的高分子学术论文数已经位居世界领先地位，但国内关于高分子现代表征方法方面的系统知识介绍较为缺乏。为此，《高分子学报》主编张希教授委托副主编王笃金研究员和胡文兵教授，组织系列从基本原理出发的高分子现代表征方法综述，邀请国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写。每篇综述涵盖基本原理、实验技巧和典型应用三个方面，旨在给广大研究生和年轻学者提供做好高分子表征工作所必须掌握的基础知识训练。我们的邀请获得了本领域专家学者的热情反馈和大力支持，借此机会特表感谢！从2021年第3期开始，以上文章将陆续在《高分子学报》发表，并在网站上发布虚拟专辑，以方便大家浏览阅读. 期待这一系列的现代表征方法综述能成为高分子科学知识大厦的奠基石，支撑年轻高分子学者的茁壮成长！也期待未来有更多的学术界同行一起加入到这一工作中来.高分子表征技术的发展推动了我国高分子学科的持续进步，为提升我国高分子研究的国际地位作出了贡献. 借此虚拟专辑出版之际，让我们表达对高分子物理和表征学界的老一辈科学家的崇高敬意！同步辐射硬X射线散射表征高分子材料：原位装置的研制和应用Characterization of Polymer Materials by Synchrotron Radiation Hard X-ray Scattering Technology: The Development and Application ofin situInstruments作者：赵景云，昱万程，陈威，陈鑫，盛俊芳，李良彬作者机构：中国科学技术大学国家同步辐射实验室 安徽省先进功能高分子薄膜工程实验室 中国科学院软物质化学 重点实验室,合肥,230026 西南科技大学核废料处理与环境安全国家协同创新中心,绵阳,621010作者简介：昱万程，男，1990年生. 2010年本科毕业于天津工业大学轻化工程专业，2015年博士毕业于中国科学技术大学高分子科学与工程系. 2015~2017年和2017~2020年分别在中国科学技术大学高分子科学与工程系，北京航空航天大学物理系从事博士后研究. 2020年9月至今，任中国科学技术大学国家同步辐射实验室特任副研究员. 主要从事利用同步辐射X射线散射技术结合原位装置在线研究高分子材料加工过程中的多尺度结构演变，同步辐射X射线散射数据高通量处理方法的开发和应用.李良彬，男，1972年生. 1994年本科毕业于四川师范大学近代物理专业，2000年博士毕业于四川大学高分子材料科学与工程系. 2000~2004年在荷兰国家原子分子物理研究所和Delft科技大学从事博士后研究，2004~2006年在荷兰联合利华食品与健康研究所担任研究员. 2006年至今，任中国科学技术大学国家同步辐射实验室研究员，兼任化学与材料科学学院高分子科学与工程系教授、博士生导师. 2013年获国家杰出青年基金资助. 担任《Macromolecules》副主编，《Polymer Crystallization》《Chinese Journal of Polymer Science》《Journal of Polymer Science》和《高分子材料科学与工程》编委. 主要从事同步辐射时间空间能量分辨技术、原位研究方法和高分子材料加工-结构-性能关系方面的研究.摘要同步辐射硬X射线散射技术是表征高分子材料晶体结构和其他有序结构的有力手段. 高时空分辨的现代同步辐射光源具备强大的实时、原位、动态和无损表征能力，在高分子材料加工和服役过程中远离平衡态的多尺度结构演变研究方面有着巨大优势. 为了充分发挥这一优势，合理设计同步辐射原位研究装置，实现原位实验过程中的样品环境控制十分关键. 本文通过结合具体的研究案例，首先介绍同步辐射原位实验的设计、原位研究装置的研制、操作技巧和数据处理等整个在线实验流程，帮助读者建立对同步辐射原位实验的基本认识. 最后，选择了若干具有代表性的高分子材料体系和样品环境，简要概述同步辐射硬X射线散射技术在表征复杂加工外场作用下高分子材料多尺度结构演变方面的应用，帮助读者加深对同步辐射原位研究装置及相关实验过程的理解，以期引发读者的思考，积极拓展同步辐射硬X射线散射技术在高分子材料表征中的应用.AbstractThe synchrotron radiation hard X-ray scattering technology is a powerful tool to characterize the crystalline and other ordered structures of polymer materials. For the high temporal and spatial resolutions, modern synchrotron radiation light sources own the powerful capability of real-time,in situ, dynamic and non-destructive characterization. Thus, it gives the synchrotron radiation hard X-ray scattering technology a huge advantage for the study of structural evolutions far away from the equilibrium during the processing and service of polymer materials. To give full play to this advantage, the reasonable design ofin situ instruments and the control of sample environments during the in situ synchrotron radiation experiments are critical. In this review, we first introduce the whole procedures of in situ experiments through a specific research case, including the design of in situ synchrotron radiation experiments, the development of in situ instruments, operation skills and data processing. We hope that the detailed introduction can help the audiences establish a fundamental cognition of the in situ synchrotron radiation experiments. Finally, we select several representative polymer material systems and the corresponding sample environments, and briefly overview the applications of the synchrotron radiation hard X-ray scattering technology in studying the multi-scale structural evolutions of these polymers under complex processing fields. We believe that these applications would inspire the audiences to think and deepen their understanding on the synchrotron radiation in situ experiments by using in situ instruments. Undoubtedly, it is beneficial to further expand the applications of the synchrotron radiation hard X-ray scattering technology on the characterization of polymer materials. 关键词同步辐射硬X射线散射技术  同步辐射原位研究装置  高分子材料加工  多尺度结构演变KeywordsSynchrotron radiation hard X-ray scattering technology  In situ instruments  Processing of polymer materials  Multi-scale structural evolutions 同步辐射是带电粒子以接近光速的速度在沿弧形轨道的磁场中运动时释放的电磁辐射. 对比普通X射线光源，同步辐射X射线光源亮度更高、光谱连续、具有更好的偏振性和准直性，并且可精确计算. 至今，我国经历了三代同步辐射大科学装置的建设、研究和发展，从第一代北京同步辐射装置、第二代合肥同步辐射装置到较为先进的第三代上海同步辐射光源[1]. 目前，我国正在积极建设和规划第四代先进光源，如北京高能同步辐射光源和合肥先进光源[2]. 同步辐射光源是前沿基础科学、工程技术和材料等领域所需的重要研究手段，是国际科学研究竞争的关键资源.同步辐射硬X射线散射技术在高分子结构表征中的应用非常广泛，例如广角X射线散射(WAXS)和小角X射线散射(SAXS)可表征高分子材料在亚纳米至百纳米尺度上的结构信息[3]. 目前，上海光源即将建成我国第一条超小角X射线散射(USAXS)线站，可进一步实现微米尺度的结构探测. 在此基础上与毫秒级分辨的超快探测器联用可以实现高时间分辨. 依托时间分辨的同步辐射WAXS/SAXS/USAXS研究平台，我们将能够同时获取高分子材料在0.1~1000 nm尺度内的结构信息，可以满足半晶高分子材料加工成型过程中多尺度结构快速演化、嵌段共聚物微相分离以及高分子复合材料研究等方面的表征需求.高分子材料制品的服役性能强烈依赖于加工工艺. 即使是相同的高分子原材料，通过不同的加工工艺，所获得的产品性能可能是完全迥异的. 例如：聚乙烯通过吹塑成型可加工成柔韧的包装膜，通过挤出成型则可制成刚韧适中的排水管道，还可通过纺丝加工成超强纤维. 高分子材料的加工参数主要包括加工温度、升降温速率、剪切和拉伸等加工外场的应变速率、应变和压强等. 因此，温度场、流动场等复杂外场、多加工步骤和参数相互耦合是高分子材料加工过程的主要特点[4,5]. 研制与多尺度表征技术联用的在线研究装备是表征高分子材料在加工过程中发生多尺度结构快速演化的重要实验手段. 高分子材料加工与服役在线研究装备类型多样，有小型的剪切和拉伸流变仪，也有模拟实际工业生产的大型原位装备，如原位双向拉伸装置和原位挤出吹塑成膜装置等. 此外，通过发展和集成与同步辐射联用的高分子材料性能表征技术，如用于光学膜的光学双折射检测系统，可建立高分子材料加工-结构-服役性能的高通量表征平台，大幅提高在多维加工参数空间中搜索最优参数的能力，以期为实际的生产加工提供理论指导.为帮助读者建立对同步辐射在线实验的基本认识，本文将以聚二甲基硅氧烷(PDMS)原位低温拉伸为具体研究实例，详细介绍同步辐射在线装置研制、实验设计和数据处理等相关知识；在此基础上，我们将简要概述本课题组多年来利用自主研制的同步辐射原位在线装置及高分子材料加工过程多尺度结构演变研究中的代表性成果. 以此引发读者的思考和共鸣，进一步扩展同步辐射硬X射线散射技术在高分子材料表征中的应用，取得更多更好的创新研究成果.1同步辐射在线实验研究方法同步辐射在线实验是指利用可与同步辐射光源联用的原位装置，研究复杂外场下的高分子合成或者加工过程中的化学或者物理问题. 在开展同步辐射在线实验前，需根据所要研究的具体科学问题，明确样品控制环境. 在充分考虑同步辐射光束线站的空间限制后，购买或研制原位装置. 样品制备完成后，利用原位装置进行样品的离线预实验. 完成以上准备工作后，在预先申请的机时时间段内，携带样品、原位装置和其他配套设备至同步辐射光束线站进行在线实验. 实验过程中需严格按照线站的规定步骤操作，最后保存好实验数据. 我们课题组长期致力于高分子薄膜加工物理的研究和相关原位研究装置的研制，并取得了系列研究成果. 下面我们以典型的硅橡胶——聚二甲基硅氧烷(polydimethyl-siloxane, PDMS)的同步辐射原位低温拉伸实验为例，详细介绍同步辐射在线实验的具体流程和操作.硅橡胶作为一种可以在低温保持高强度和韧性的弹性体，是高新技术、航天航空和武器装备等领域不可或缺的关键材料. 与天然橡胶等常规橡胶相比，PDMS具有极低的玻璃化转变温度(Tg≈-110 ℃)和结晶温度(Tc≈-65 ℃)[6]. 在拉伸和压缩等服役工况条件下，PDMS发生应变诱导结晶(stain-induced crystallization, SIC)，因此其服役温度区间及性能主要受SIC而非玻璃化转变控制. 显然，结晶温度Tc的降低将缩小橡胶态的温度窗口. 已有研究表明，PDMS的应变诱导结晶行为非常复杂，在Tc以上至近Tg的范围内，存在多晶型结构并发生不同晶型间的固-固相转变行为. 在拉伸过程中，PDMS出现了α' ，α，β' 和β 4种晶型 [7]，对应的WAXS二维图和方位角一维曲线积分分别如图1(a)和1(b)所示. PDMS复杂多晶型晶体结构直接影响材料的物理性质和宏观力学行为. 只有充分了解PDMS的晶体结构，掌握晶型间的转变规律，才能深入认识和理解材料的性能，实现根据服役条件和需求对材料进行改进和设计的目标. 然而，由于在线低温拉伸等研究条件的限制，PDMS应变诱导结晶行为和晶型间的相互转变的相关研究仍较少，并缺乏基础数据和定量模型. 其中，尚未完全解决的问题主要有以下2个方面：(1) PDMS可形成多种晶型，但所有晶型的晶体结构尚未完全确定；(2) 拉伸可诱导不同晶型发生固-固相转变，但目前对转变路径和机理还缺乏认识. 高时空分辨的同步辐射硬X射线散射技术为解决上述科学问题提供了可能. 我们选择以较低应变速率在低温下拉伸PDMS，实时跟踪拉伸过程中的晶体结构演化和固-固相转变. 在计算实验所需的时间分辨率后，我们选择上海光源(SSRF)BL16B1(小角X射线散射光束线站)进行同步辐射在线实验. BL16B1的技术参数和指标符合软物质材料表征需求，其能量范围为5~20 keV，光子通量达到1011 phs/s @10 keV，时间分辨率达到100 ms，X射线波长 λ=0.124 nm，可探测的空间尺度范围为1~240 nm.Fig. 1(a) The 2D WAXS patterns of polymorphous PDMS (b) The 1D azimuthal intensity curves with the azimuthal angle (ψ) ranging from 0° to 180° of diffraction peaks at 2θ=10.42° (Reprinted with permission from Ref.‍[7] Copyright (2020) American Chemical Society).在明确所要解决的科学问题后，需要解决样品环境的控制问题，即能与同步辐射硬X射线联用的低温原位拉伸装置. 通过调研，我们发现市面上早已有了商业化的低温拉伸设备，如Linkam公司配置液氮制冷系统的拉伸热台TST350以及Instron 3366型万能拉伸机. 然而，这些商业化设备都存在明显的不足，并不能满足我们的实验需求. 例如：TST350虽可实现与同步辐射联用，然而为了使得温度控制均匀并提高升降温速率，其样品空间很小，所能达到的应变空间十分有限，因此很难将具有较高断裂伸长率的橡胶类样品拉伸至大应变乃至断裂；此外，TST350采用按压式夹具，在拉伸过程中存在严重的打滑现象，即样品从夹具处滑脱. Instron 3366型万能拉伸机仅仅可以实现低温拉伸，并不能与同步辐射联用. 因此，我们转而自行研制与同步辐射硬X射线联用的低温原位拉伸装置. 在研制过程中，需要解决的主要难点问题有：(1) 单轴拉伸至断裂，即大应变的实现；(2) 低温环境的实现(室温至-110 ℃)；(3) 样品的打滑现象；(4) 考虑上海光源光束线站的空间限制，在尺寸上实现与同步辐射硬X射线的联用. 我们受商业化流变仪(sentmanat extensional rheometer, SER)的启发，在研制时通过伺服电机驱动2个对向旋转的辊夹具对样品施加拉伸(如图2(a)). 如此，样品能以卷绕的方式无限拉长，可以在不增大腔体体积的前提下实现大应变，同时保证样品腔内部温度均一可控. 通过使用安川伺服电机，并配置减速机、运动控制器和MPE720控制系统，装置能够实现较宽的应变速率范围(0.0025~30 s-1). 低温环境的实现参考低温热台和示差扫描量热仪等仪器常用的降温模块，采用液氮降温的方法，使用自增压液氮罐将液氮注入低温腔体. 考虑到PDMS样品不能直接与液氮接触，需要在样品腔外部设计液氮流道. 样品腔采用导热性较好的不锈钢304，流道和样品腔采用一体式加工设计，避免焊接可能带来的缝隙. 我们利用有限元方法模拟了样品腔内温度，结果表明当环境温度为室温时，样品腔内部温度最低能够达到-150 ℃(图2(c))，可以较好地满足实验环境温度要求. 通过将样品腔内抽真空，外部采用吹氮气的方式，可以有效解决窗口结霜的问题，从而避免窗口结霜对X射线散射实验产生不利影响[8,9]. 根据锥形散射计算X射线窗口尺寸，并采用聚酰亚胺薄膜(杜邦公司Kapton系列薄膜)作为窗口材料. 为解决上海光源BL16B1线站的空间限制问题，低温原位拉伸装置的整体设计秉持小型化原则，设计效果图如图2(b)所示. 最终研制的装置实物如图2(d)所示[10].Fig. 2Schematic diagram of uniaxial stretching (a), the design of low-temperature stretching device (b), finite element simulation of temperature distribution in cryogenic chamber (c), physical image of low-temperature uniaxial stretching device combined with synchrotron radiation (d).结合本课题组多年的研究和实践经验，我们想要强调的是，在真正开展同步辐射在线实验前，离线预实验非常重要. 一方面，可以对力学曲线、装置升降温速率、保温时间等进行重复性验证，将在线实验的每个步骤都离线模拟重复，确保在有限的机时内高效执行实验计划；另一方面，在同步辐射光束线站的装置安装和校准需要丰富的操作经验，通过离线预实验，可以充分掌握装置的操作细节和常见问题的解决方法，如此方能在突发情况出现时从容应对. 此外，在进行在线实验时，需严格遵守同步辐射光束线站的管理规定，保障人身安全.同步辐射硬X射线原位实验通常在空气、氮气、溶液等环境中进行，获得的原始WAXS/SAXS数据包含空气等背底的散射. 因此，在原位实验的过程中，除了获得不同实验条件下的样品散射信号外，还需单独获得相应实验条件下的空气等背底散射信号，然后在后续的数据处理过程中扣除这些背底散射. 扣除背底散射通常是在WAXS/SAXS一维积分曲线上进行的，扣除操作恰当与否的判读标准是扣除背底后一维积分曲线的两端基线应保持水平. 同时，也要考虑原位研究装置对散射信号的影响. 为了进行数据的对比分析，通常需要对所获得的数据进行归一化处理.图1(b)为归一化处理后PDMS不同晶型的方位角一维积分曲线. 从图中可以明显看出PDMS 4种不同晶型所对应特征峰的区别：ψα=90°，ψα' =80/100°，ψβ=60°/120°，ψβ' =42°/72°和109°/138°. 从方位角峰值的变化，能够清晰地看出PDMS在低温拉伸过程中的结构演变.图3(a)给出了PDMS在-60 ℃下单轴拉伸过程中典型的二维WAXS衍射图和相应的应力-应变曲线，可以明显看到随着应变的增大，PDMS发生了应变诱导结晶.图3(b)中则给出PDMS在拉伸过程中WAXS衍射峰(2θ≈10.42°)的方位角分布演化(从拉伸方向逆时针积分). 可以看到，随着应变的增大，在ψ=60°和120°的位置首先出现2个峰，这是β晶型(011)晶面的衍射信号. 随着应变的进一步增加，2个峰合并成赤道方向(ψ=90°)的尖峰，这是α晶型(001)晶面的衍射信号. 方位角峰的转变表明晶体随着应变的增加从β晶转变为α晶. 通过多峰拟合，可以获得峰值位置(图3(b)中的红色虚线)和相应的半高峰宽(FWHM)，并将二者对应变进行作图，如图3(c)所示. 当应变较低时(ε0.68)，峰值位置始终位于120°附近，FWHM约为35°. 当应变增大至1.00时，峰值位置急剧变为90°且随着应变的进一步增大而几乎保持不变. 随着峰值位置的转变和应变的增大，FWHM先增加后减小. 峰值位置和FWHM的演变均表明当ε0.68时，发生β晶到α晶的固-固相转变，并在ε≈1时完成转变. 由于2种晶型的衍射峰的2θ值重叠(如图4(b)中的1D积分曲线)，除了通过方位角峰位演化判断β-α型晶体结构转化，还可分别对β晶和α晶在相应的方位角范围内进行mask积分(如图4(a)所示45°倾斜Iob和赤道方向Ieq).图4(c)以归一化形式给出了结晶度(χc)，Iob和Ieq随应变增大的变化关系，通过与相应的应力-应变曲线比较，从而得到拉伸诱导的β-α相变的临界应变值.Fig. 3Stress-strain (σ-ε) curve and selectedin situ 2D WAXS patterns acquired during uniaxial tensile deformation at -60 ℃(a), the evolution of the azimuthal intensity distribution of diffraction peaks at 2 θ of about 10.42° (b), and the corresponding peak position and FWHM of the characteristic peaks (c) (Reprinted with permission from Ref.[ 6] Copyright (2018) American Chemical Society).Fig. 4(a) The mask protocols of 2D WAXS patterns for integration of samples stretched toε=0.24 andε=1.36 at -60 ℃, respectively. The red enclosed area is the oblique masked (Iob) signal of (011) plane ofβform, the blue enclosed areas is the equatorial (Ieq) masked signals of (001) plane ofαform. (b) 1D diffraction intensity profiles of 2D WAXS scattering patterns at different strains. (c) The stress (σ), crystallinity (χc) and equatorial (Ieq) and oblique (Iob) masked relative crystal content curves with the normalized coordinate (Reprinted with permission from Ref.‍[6] Copyright (2018) American Chemical Society).使用同样的数据处理方法，分别得到PDMS在低温下不同晶体结构SIC和固-固相转变的临界应变，根据临界应变在温度-应变二维空间中绘制PDMS低温拉伸过程的非平衡结构演化相图.图5是不同填料含量增强的PDMS在低温拉伸下的结构演化相图. 从相图可以看出，填料的含量(纳米SiO2)对PDMS在低温拉伸过程中α' ，β' ，α和β晶型间结构转变的影响十分复杂. 结合核磁、SAXS等多尺度表征手段可以对中间态α' 和β' 到α和β的转变可能遵循的机理进行研究，如晶体滑移或旋转，分析得到晶体内部分子链螺旋结构、晶体间排列和晶体之间的结构转变机理. 通过建立对微观结构转变规律的认识，并结合宏观力学性能数据，我们可以分析出PDMS材料低温失弹的微观结构原因.Fig. 5The non-equilibrium crystallization phase diagram for SIC of PDMS with 10 phr (a), 25 phr (b), 40 phr (c), and 55 phr(d) filler in strain-temperature (ε-T) space (Reprinted with permission from Ref.[7] Copyright (2018) American Chemical Society).2同步辐射原位研究高分子薄膜加工的多尺度结构高性能高分子薄膜的制备方法和技术是工业界和学术界需要共同攻克的难题. 高分子薄膜加工包括从熔体、溶液到薄膜的固化过程和薄膜后拉伸过程，具有多步骤、多加工参数和多尺度结构演变的特点. 成膜过程的主要研究内容是流动场诱导结晶，包括加速成核和生长、诱导新晶型以及改变晶体形貌. 在后拉伸过程中，薄膜则可能发生晶体的破坏与重构、无定形区的微相分离、纤维晶形成以及微孔的成核和扩大等结构变化. 高分子薄膜加工过程中复杂的多尺度结构演化最终决定了其服役性能. 例如：干法制备聚烯烃微孔隔膜需要通过塑化挤出、风刀骤冷和流延辊高倍拉伸后才能得到初始预制膜. 在每个步骤中，环境温度、湿度、应变、应变速率、乃至挤出机螺杆长径比和口模流道的设计等因素都会对预制膜的结构与性能产生影响.通常，高性能薄膜的制备是在远离平衡态的加工条件(如高速拉伸)下进行的. 由于现有理论和实验条件的限制，非平衡问题不能简单地通过外延平衡理论解释. 高时空分辨的同步辐射硬X射线散射表征技术可以实时跟踪高分子材料在非平衡加工过程中不同尺度的结构演化，系统研究应变速率、温度等复杂外场作用下高分子材料结构与性能的关系. 通过研制贴近实际工业生产加工条件的原位研究装置，并开展同步辐射原位实验，可建立高分子材料的非平衡加工相图，从而进一步指导实际工业生产，实现高性能高分子材料的精准加工.在这里，笔者想要再次强调的是在明晰具体的材料体系和所需的实验条件后，需针对性地设计控制样品环境的原位装置，才能充分发挥出同步辐射硬X射线散射表征技术的优势. 目前，本课题组研制的同步辐射原位研究装置可分为复杂外场单轴拉伸装置和大型原位加工装置2类，前者主要模拟复杂外场下高分子材料的单轴拉伸过程，后者可以在较小的同步辐射线站空间内模拟高分子材料的实际加工过程. 依托这些同步辐射原位研究装置，可以就流动场诱导结晶、晶体的熔融再结晶、晶体固-固相转变等现象针对性地设计原位实验，加深对高分子材料加工背后基础物理问题的理解.2.1复杂外场下单轴拉伸复杂外场通常指温度场、流动场以及溶液、气压等样品环境. 通过复杂外场单轴拉伸实验可以模拟样品在实际加工中的形变过程的微观结构演化规律. 温度场的控制是高分子材料加工和服役性能的关键，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等常用塑料的加工温度窗口远高于室温(150~250 ℃)，而天然橡胶(NR)、硅橡胶等弹性体其低温环境(0~-150 ℃)的服役性能更受研究者关注. 流动场包括剪切、拉伸外场，以拉伸场为例，拉伸速率对高分子材料内部结构演化规律，例如晶体的破坏、晶体结构转变等都有显著的影响. 工业中通常使用对拉的方式对样品进行单轴拉伸，而这种拉伸方式常由于拉伸比、腔体体积等原因受到限制. 因此，单轴拉伸通常根据材料和实验需要在对拉和辊拉2种方式中择优使用.图6(a)为采用对向拉伸的恒幅宽拉伸装置，装置的最大拉伸比可以达到700% (初始长度20 mm)，拉伸速率范围在0~1000 mm/min，温度区间为室温至200 ℃[11,12].图6(b)为采用辊拉方式拉伸的高速拉伸装置，装置不受最大拉伸比限制，应变速率范围为10-2~102 s -1，温度范围为-40~300 ℃[13,14]. 考虑到在原位实验中的应用，装置被设计和建造得尽可能小型化. 高速拉伸装置配合上海光源高通量线站BL19U2使用Lambda 750K探测器可实现的最高分辨率为0.5 ms. 为了同步获得高速拉伸过程中的真实应变，利用时间分辨可达0.1 ms的高速CCD相机拍摄样品的拉伸过程.Fig. 6Constant width stretching device (a) and high speed stretching device with wide-temperature range (b).使用研制的复杂外场原位单轴拉伸装置主要用来研究流动场诱导结晶[15]以及后拉伸过程晶体形变与破坏. 流动场诱导高分子结晶是功能薄膜流延加工的关键，是熔体或溶液挤出口模冷却固化的过程，对于理解功能薄膜非平衡物理和指导实际工业生产具有重要意义. 流动诱导链段构象经过中间有序态发展为晶体，目前仍缺乏更多证据说明中间态结构的普适性、中间态的晶型、以及中间态的温度和流动场依赖性等问题. 为揭示详细的多步骤中间态，通过使用高时间分辨的同步辐射WAXS和SAXS联用技术，控制拉伸温度，对聚乙烯(PE)进行熔体拉伸，构建PE在温度-应力参数空间上非平衡流动场诱导结晶和熔融相图[16](图7(a)). 相图包含熔体、非晶δ相、六方(H)晶和正交(O)晶4个相区，并证实了拉伸诱导的δ相能够作为亚稳的中间相促进结晶发生，这支持了有序中间态是流动诱导结晶中的普遍规律的观点. 除了聚乙烯流动场诱导结晶的非平衡相图，针对功能膜加工的需要，工程实验室还系统构建了聚丁烯(PB)流动场诱导结晶的非平衡相图[17]，如图7(b)所示，这些工作都为当前功能薄膜从感性粗放到理性精准加工积累了基础数据[18,19].Fig. 7Stretch induced crystallization non-equilibrium phase diagram of PE melt in temperature-stress space (a) (Reprinted with permission from Ref.[16] Copyright (2016) Springer Nature) and PB melt in temperature-strain rate space (b) (Reprinted with permission from Ref.[17] Copyright (2016) Wiley-VCH Verlag).在更大尺度上，即片晶和片晶间无定形的结构转变仍需要进一步研究工作. 笔者所在课题组以由高取向片晶簇构成的硬弹性聚乙烯、聚丙烯流延膜为研究对象，在室温下进行冷拉，研究取向片晶(如图8(a)和8(b))在不同拉伸外场中的结构演化与非线性力学行为的关系. 如图8(c)和8(d)所示，研究发现片晶簇的微屈曲和片晶间无定形相发生微相分离. 以α松弛温度和接近熔点为边界将温度分为3个区域，图9给出了高取向等规聚丙烯薄膜在温度-应变二维参数空间中的微观结构演化相图. 这些微观结构的演化规律解释了温度效应对材料的宏观非线性力学行为的影响[20,21]. 显然，研究形变机理对功能薄膜在后拉伸加工过程中的温度、应变及应变速率等参数的选择具有重要的指导意义.Fig. 8The structural evolution model of highly oriented lamella by uniaxial tensile (Reprinted with permission from Ref.[20] Copyright (2018) Elsevier).Fig. 9The structural evolution diagram of the highly oriented lamella in temperature-strain space (Reprinted with permission from Ref.[21] Copyright (2018) American Chemical Society).针对新能源电池隔膜加工需要，还系统构建了聚烯烃等工业预制膜后拉伸加工中的应变-温度空间或双向拉伸空间的非平衡相图[22,23]，如图10所示. 通过模拟半晶高分子薄膜后拉伸加工，跟踪拉伸过程中晶体和无定形相的演化过程，不仅有助于指导高分子材料后拉伸加工中结构与性能调控，还可以为构建锂电池隔膜加工的材料基因组积累必要的结构和力学信息数据库.Fig. 10The structural diagram of processing in temperature-strain (a) (Reprinted with permission from Ref.‍[22] Copyright (2019) John Wiley and Sons) and biaxial stretch ratio (b) (Reprinted with permission from Ref.‍[23] Copyright (2019) Elsevier) spaces for PE gel film.2.2大型加工原位装置高分子薄膜的成型方法有很多，其中比较常见的有流延，吹塑和挤出拉伸(单向和双向)3种加工工艺. 目前，我国薄膜加工生产线和配套工艺主要还是依赖进口，国内生产线制造和薄膜加工企业处于成长阶段，缺乏原创高端产品. 究其原因，主要是缺乏相关基础和应用研究的支撑. 在真实的高分子加工过程中，伴随大应变、高应变速率、高温度(压力)变化等，高分子材料的结构经历复杂的非线性、非均匀和非平衡演变，相关研究极具挑战性. 当前的大多数原位研究仍处于模型化阶段，如利用低剪切水平的剪切热台、改造的流变仪等，不能反映真实加工条件下的物理行为. 因此，需要研制大型加工原位装置以最大程度地还原实际加工环境. 大型加工原位装置的研制主要的难点在于在能实现样品的复杂形变和环境温度的控制的前提下，需将产业化的装置设备缩小至能够满足同步辐射光源线站的空间限制的要求. 非常值得一提的是，上海光源即将建成开放的USAXS工业实验站(BL10U1)的空间将大大增加(长24 m，宽8 m，高6 m)，可以放置大型工业应用原位实验装置. BL10U1的建成运行将大大降低对大型原位装置的尺寸限制. 下面我们以原位双向拉伸装置和原位挤出吹塑成膜装置为例，详细介绍大型加工原位装置及相关的研究应用.双向拉伸工艺可以制备具有优良服役性能的高分子薄膜(如BOPP和BOPA薄膜)，其加工是一个非常复杂的过程，涉及高分子多尺度结构(分子链、晶格、片晶和球晶等)在多加工外场参数(如应力和温度)耦合作用下的协同转变. 因此，研究双向拉伸过程的结构转化动力学和机理，可以从基础原理上指导双向拉伸薄膜的加工，提高产品性能. 为实现双轴拉伸外场作用下高分子薄膜材料的多尺度结构演化在线跟踪，笔者所在课题组研制了与同步辐射技术联用的原位双向拉伸装备(见图11). 装备能够实现多种拉伸模式，其中包括受限、非受限单向拉伸，同步、异步双向拉伸. 装置的温度、速度、拉伸倍率、拉伸方式等外场参数均可独立控制，形变线速度范围为0.1~300 mm/s，双向拉伸比可达5×4，最高温度可达250 ℃. 该装备与同步辐射硬X射线光束线站联用，可实现0.1~500 nm尺度范围内的结构检测，时间分辨率为0.5 ms. 双向拉伸装置采用计算机高速控制-采集系统，控制系统采用PLC控制面板，可以远程控制电机运转，实现同步辐射光源棚屋外的控制. 该装备配备了力学信息采集系统，可同时采集拉伸过程中水平和垂直方向的力学信息，结合多尺度结构数据，可构建加工-结构-性能的关系，揭示双向拉伸外场作用下的高分子材料结构演化机理[24].Fig. 11The schematic diagram, and physical map used with synchrotron radiation of film biaxial stretching device (Reprinted with permission from Ref.[25] Copyright (2019) American Chemical Society).天然橡胶的优异力学性能通常归因于其应变诱导结晶行为. 受限于实验条件，目前大多数的研究均集中于单轴拉伸过程中的应变诱导结晶，然而接近于实际使用条件的多轴变形下的应变诱导结晶却很少报道. 本课题组采用高通量的原位同步辐射WAXS技术，结合在线双轴拉伸装置，研究了在双轴拉伸条件下天然橡胶的应变诱导结晶行为[25]. 利用同步辐射硬X射线散射研究天然橡胶双向拉伸形变过程物理，建立天然橡胶在真正服役条件下的多维外场-结构数据库.图12所示的二维WAXS结果表明，在双轴拉伸情况下，天然橡胶的应变诱导结晶行为会得到抑制：当两垂直方向的拉伸比比值为1时，室温下试样即使拉伸至断裂也不会出现结晶. 双轴拉伸阻碍了天然橡胶的SIC. 这一发现挑战了SIC在天然橡胶中在多轴变形下的自增强机制的共识.图13针对天然橡胶在多维拉伸空间的应变诱导结晶，提出了一种理论上的应变诱导结晶模型，即将构象熵和链段取向对成核位垒的贡献解耦. 将结晶度(χc)、无定形取向参数(f)和取向无定形的含量(Oa)在双向拉伸应变空间内定量化，提出模型：ΔG*f=ΔG*0−TΔSf−(TΔSori+ΔUori)，其中，ΔG*f是成核位垒，ΔG*0是静态条件的成核位垒，ΔSf是构象熵减，ΔUori是取向造成的自由能变. 将几种结构参数定量化，得到应变空间内的结晶度分布. 基于该模型，二维应变空间的结晶度与实验结果高度吻合，并有助于建立更具有普遍意义的半结晶聚合物的流动诱导结晶理论模型.Fig. 122D WAXD patterns of the NR samples at the maximum planar draw ratio (λx×λy), where (a-h) denote stretch conditions of free uniaxial stretch (FS), CS, andvy=0.1, 0.2, 0.4, 0.5, 0.6, and 0.7 mm/s, respectively.vx remains constant at 1 mm/s, whose direction is given by a two-head arrow in the center (Reprinted with permission from Ref.‍[25] Copyright (2019) American Chemical Society).Fig. 13Distributions of (a) crystallinity (χc), (b) Hermans' orientation parameter of the amorphous phase (f), (c) weight portion of the oriented amorphous phase (Oa), (d) absolute value of entropy reduction (ΔSf), and (f) theoretically fitted crystallinity (χc (P)) in λx versus λy space. Gradient directions of contours for Δ Sf,f, andχc (e) (Reprinted with permission from Ref.[ 25] Copyright (2019) American Chemical Society).高分子吹膜加工是非线性、非平衡的多尺度结构快速演化过程，并伴随拉伸场、温度场和气氛环境等复杂外场，其过程模型如图14(a). 吹膜加工过程中，熔体拉伸、吹胀和降温主要发生在熔体出口模到霜线前后的阶段，这一阶段也是决定材料吹膜加工性能和薄膜使用性能最为关键的阶段. 利用同步辐射硬X射线散射技术的优势，考虑到同步辐射实验线站的空间限制条件等因素，研制了与同步辐射联用的原位挤出吹塑成膜装置(见图14(b))，并配合升降机、红外测温、高速CCD相机等其他单元形成吹膜加工原为在线检测系统[26,27]，建立了吹膜加工过程原位在线检测方法[28]. 原位挤出吹塑成膜装置将工业薄膜吹塑装备小型化，实现了整个吹膜过程原位在线结构检测，吹膜过程加工参数连续可调，能够真实模拟实际加工过程. 利用同步辐射技术实现WAXS/SAXS同步采集，可获得结晶度、晶粒尺寸、取向度、片晶长周期等结构信息及其演化动力学信息，并且可以同步获得膜泡不同位置温度场及流动场信息. 基于该系统可建立吹膜加工过程原位在线研究方法并开展不同分子结构/加工参数下聚乙烯(PE)棚膜、PBAT(poly(butyleneadipate-co-terephthalate))地膜等薄膜产品的原位在线研究. 原位挤出吹塑成膜装置是高性能高分子薄膜加工领域研究方法技术的突破，有利于深入研究高分子薄膜加工物理，有效支撑了高性能薄膜产品的研发[29~31].Fig. 14The model of film blowing process (a) and the physical map of the film blowing device used with synchrotron radiation (b).通过PE材料的同步辐射在线吹膜实验总结了吹膜加工过程结构演化规律. 通过对晶体取向度、结晶度等数据的分析，根据吹膜过程的结构演化提出了相应的模型图(图15)，并将结构演化过程分为4个区域. I区(霜线位置51~61 mm)：拉伸诱导熔体结晶及滑移网络的拉伸. Ⅱ区(61~65 mm)：晶体交联网络的拉伸. Ⅲ区(65~92 mm)及Ⅳ区(92~160 mm)：不可形变网络的填充. 以上结论表明大量的晶体形成是对不可形变网络的填充，这一过程类似于静态等温结晶[32].Fig. 15The model of evolution of structural parameters during film blowing (Reprinted with permission from Ref.‍[32] Copyright (2018) American Chemical Society).基于对于吹膜过程从高分子缠结网络-晶体交联网络-晶体网络的理解，通过设计变温吹膜实验研究了温度和外部流场对不同拓扑结构的聚乙烯吹膜的影响. 研究发现不同吹胀比(12和20)的线性和长链支化聚乙烯(MPE和LPE)对温度和流动场具有不同的响应. 通过同步辐射硬X射线散射在吹膜过程中对PE的微观结构演变的进一步分析揭示了3种不同类型的网络演化(如图16)：(1) 温度诱导结晶主导过程(MPE)；(2) 流动诱导结晶主导过程(LPE-20)；(3) 成核和生长由温度和流动的耦合效应(LPE-12)确定. 预计目前的结果将指导薄膜吹塑的加工，并为远离平衡条件下的流动场诱导结晶研究提供新的观点[33].Fig. 16The different types of the structure and network evolutions of TIC, TIC coupled with FIC, and FIC. The scale bar of SEM images is 500 μm. (Reprinted with permission from Ref.[33] Copyright (2019) American Chemical Society).基于同步辐射硬X射线散射实验结果，可以得到从缠结网络到可变形晶体网络，再到最终不可变形晶体支架的网络演化. 这些结构演化信息能够帮助完善数学模型，进一步优化和开发新的吹膜设备和方法. 吹膜过程的原位研究为高性能高分子薄膜的高效研发提供了可能的解决方案. 原位挤出吹塑成膜装置通过改变加工参数来调节链的取向，在生产具有特定性能的聚合物薄膜方面具有很大的潜力.3总结和展望同步辐射硬X射线散射技术在高分子表征中已得到广泛的应用. 研制与同步辐射联用的原位在线研究装置是用好同步辐射硬X射线散射技术的关键. 高效地使用同步辐射硬X射线技术需要我们根据不同高分子材料的特定性能，分析样品所处的外部复杂坏境，设计富有创新性的实验，再根据样品环境“量身打造”同步辐射原位表征装置. 依托高亮度的现代同步辐射光源如上海光源，配合超快探测器的使用，实现高时间、高空间分辨的多尺度结构表征.小型的同步辐射原位在线研究装置可用来研究拉伸、剪切等简单流动场和复杂外场(温度、应变、应变速率、溶液环境等)耦合条件下的结晶、晶体网络破坏等物理问题. 大型加工原位装置通过将大型加工装置小型化至可与同步辐射光束线站联用，真实反映高分子材料在实际工业加工过程中微观结构演化规律. 本文中涉及的原位研究装置均为笔者所在课题组根据研究内容自主设计并制造，大部分零部件是非标的，需要定制. 我们诚挚欢迎有相关原位研究装置需求的读者与我们联系，以期更好地发挥这些装置的作用，共同扩展它们的应用范围. 本课题组致力于发展和集成与同步辐射联用的高分子材料性能表征技术，建立高分子材料加工-结构-服役性能的高通量表征平台，大幅提高在多维加工参数空间中进行搜索最优参数的能力，从理论上切实指导实际生产加工.参考文献1Li Haohu(李浩虎),Yu Xiaohan(余笑寒),He Jianhua(何建华).Modern Physics(现代物理知识),2010,22(3):14-192Li Xiaodong(李晓东),Yuan Qingxi(袁清习),Xu Wei(徐伟),Zheng Lirong(郑黎荣).Chinese J Phys(高压物理学报),2020,34(5):3-15.doi:10.11858/gywlxb.202005543Xu Lu(许璐),Bai Liangui(柏莲桂),Yan Tingzi(颜廷姿),Wang Yuzhu(王玉柱),Wang Jie(王劼),Li Liangbin(李良彬).Polymer Bulletin(高分子通报),2010, (10):1-26.doi:10.1021/la904337z4Cui K,Ma Z,Tian N,Su F,Liu D,Li L.Chem Rev,2018,118(4):1840-1886.doi:10.1021/acs.chemrev.7b005005Chen W,Liu D,Li L.Polymer Crystallization,2019,2(2):10043.doi:10.1002/pcr2.100436Zhao J,Chen P,Lin Y,Chang J,Lu A,Chen W,Meng L,Wang D,Li L.Macromolecules,2018,51(21):8424-8434.doi:10.1021/acs.macromol.8b018727Zhao J,Chen P,Lin Y,Chen W,Lu A,Meng L,Wang D,Li L.Macromolecules,2020,53(2):719-730.doi:10.1021/acs.macromol.9b021418Li Liangbin(李良彬),Chen Pinzhang(陈品章),Zhang Qianlei(张前磊),Lin Yuanfei(林元菲),Meng Lingpu(孟令蒲).China patent, CN.ZL201810052796.3.2018-06-12.doi:10.3390/land100606319Li Liangbin(李良彬),Chen Pinzhang(陈品章),Zhang Qianlei(张前磊),Lin Yuanfei(林元菲),Meng Lingpu(孟令蒲).China patent, CN.ZL201820097340.4.2018-01-19.doi:10.3390/land1006063110Chen P,Zhao J,Lin Y,Chang J,Meng L,Wang D,Chen W,Chen L,Li L.Soft Matter,2019,15(4):734-743.doi:10.1039/c8sm02126k11Li Liangbin(李良彬),Meng Lingpu(孟令蒲),Cui Kunpeng(崔昆朋),Li Jing(李静).China patent, CN.ZL201220733325.7.2013-11-06.doi:10.3390/land1006063112Li Liangbin(李良彬),Meng Lingpu(孟令蒲),Cui Kunpeng(崔昆朋),Li Jing(李静).China patent, CN.ZL201210579459.2,2013-11-23.doi:10.3390/land1006063113Chang Jiarui (常家瑞).Structural Evolution and Mechanical Behavior of Typical Elastomer Meterials in a Wide Range of Strain Rate(典型弹性体材料在宽应变速率范围内的结构演化与力学行为).Doctoral Dissertation of University of Science and Technology of China,201914Li Liangbin(李良彬),Ju Jiangzhu(鞠见竹),Wang Zhen(王震),Ye Ke(叶克),Meng Lingpu(孟令蒲).China patent, CN.ZL201710070789.1.2017-05-31.doi:10.3390/land1006063115Wang Z,Ma Z,Li L.Macromolecules,2016,49(5):1505-1517.doi:10.1021/acs.macromol.5b0268816Wang Z,Ju J,Yang J,Ma Z,Liu D,Cui K,Yang H,Chang J,Huang N,Li L.Sci Rep,2016,6(1):1-8.doi:10.1038/srep3296817Ju J,Wang Z,Su F,Ji Y,Yang H,Chang J,Ali S,Li X,Li L.Macromol Rapid Commun,2016,37(17):1441-1445.doi:10.1002/marc.20160018518Xu Jiangli(徐佳丽),Meng Lingpu(孟令蒲),Lin Yuanfei(林元菲),Chen Xiaowei(陈晓伟),Li Xueyu(李薛宇),Lei Caihong(雷彩红),Wang Wei(王卫),Acta Polymerica Sinica(高分子学报),2015, (4):38-44.doi:10.11777/j.issn1000-3304.2015.1430319Lin Yuanfei(林元菲).Study of the Intrinsic Deformation Mechanism ofiPP Oriented Lamellar Stacks(等规聚丙烯取向片晶的本征形变机理研究).Doctoral Dissertation of University of Science and Technology of China,2018.doi:10.31219/osf.io/k7ehx20Lin Y,Li X,Meng L,Chen X,Lv F,Zhang Q,Li L.Polymer,2018,148:79-92.doi:10.1016/j.polymer.2018.06.00921Lin Y,Li X,Meng L,Chen X,Lv F,Zhang Q,Zhang R,Li L.Macromolecules,2018,51(7):2690-2705.doi:10.1021/acs.macromol.8b0025522Lv F,Wan C,Chen X,Meng L,Chen X,Wang D,Li L.J Polym Sci,Part B:Polym Phys,2019,57(12):748-757.doi:10.1002/polb.2482923Wan C,Chen X,Lv F,Chen X,Meng L,Li L.Polymer,2019,164:59-66.doi:10.1016/j.polymer.2019.01.02124Li Liangbin(李良彬),Meng Lingpu(孟令蒲),Lin Yuanfei(林元菲),Chen Xiaowei(陈晓伟),Xu Jiali(徐佳丽),Li Xueyu(李薛宇),Zhang Rui(张瑞),Zhang Qianlei(张前磊).China patent, CN.ZL201420449291.8.2014-12-10.doi:10.3390/land1006063125Chen X,Meng L,Zhang W,Ye K,Xie C,Wang D,Chen W,Nan M,Wang S,Li L.ACS Appl Mater Inter,2019,11(50):47535-47544.doi:10.1021/acsami.9b1586526Li Liangbin(李良彬),Zhang Rui(张瑞),Ji Youxin(纪又新),Ju Jiangzhu(鞠见竹),Zhang Qianlei(张前磊),Li Lifu(李立夫),AliSarmad,Zhao Haoyuan(赵浩远).China patent, CN.ZL201720215641.8.2018-01-30.doi:10.3390/land1006063127Li Liangbin(李良彬),Zhang Rui(张瑞),Ji Youxin(纪又新),Ju Jiangzhu(鞠见竹),Zhang Qianlei(张前磊),Li Lifu(李立夫),AliSarmad,Zhao Haoyuan(赵浩远).China patent, CN.ZL201710131585.4.2017-05-31.doi:10.3390/land1006063128Zhang Qianlei(张前磊).Study on Physics of Polymer Film Stretching Processing(高分子薄膜的拉伸加工物理研究).Doctoral Dissertation of University of Science and Technology of China,2019.doi:10.30919/es8d50529Zhao H,Zhang Q,Xia Z,Yang E,Zhang M,Wang Y,Ji Y,Chen W,Wang D,Meng L,Li L.Polym Test,2020,85:106439.doi:10.1016/j.polymertesting.2020.10643930Zhao H,Li L,Zhang Q,Xia Z,Yang E,Wang Y,Chen W,Meng L,Wang D,Li L.Biomacromolecules,2019,20(10):3895-3907.doi:10.1021/acs.biomac.9b0097531Zhang Q,Chen W,Zhao H,Ji Y,Meng L,Wang D,Li L.Polymer,2020,198:122492.doi:10.1016/j.polymer.2020.12249232Zhang Q,Li L,Su F,Ji Y,Ali S,Zhao H,Meng L,Li L.Macromolecules,2018,51(11):4350-4362.doi:10.1021/acs.macromol.8b0034633Zhao H,Zhang Q,Li L,Chen W,Li L.ACS Appl Polym Mater,2019,1(6):1590-1603.doi:10.1021/acsapm.9b00391原文链接：http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2021.21111&lang=zh《高分子学报》高分子表征技术专题链接：http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304DOI：10.11777/j.issn1000-3304.2021.21111

pspan style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "　　本文转载日立高新技术公司《SI NEWS》第57-2刊中，刊载了庆应义塾大学金泽秀子老师撰写的“基于HPLC的同时超高速分离分析多种药物成分的方法”，为读者介绍了如何对含有两种以上有效成分的药物进行分离分析。为深入了解科研工作者在医疗研究领域的最新进展，我们特地参观了芝共立校区内的实验室。/span/ppspan style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/93db65a2-5262-4f60-8585-78252bebc994.jpg" title="1.jpg" style="width: 550px height: 393px " width="550" vspace="0" hspace="0" height="393" border="0"//pp style="text-align: center "strongspan style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "庆应义塾大学药学部 创药物理化学讲座 教授/span/strong/pp style="text-align: center "span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "strong金泽 秀子/strong/span/pp　　strong搞科研要站在巨人的肩膀上/strong/pp　　为实现某种简便和直观性，在理论实践中诞生了学术领域。科研人员始终站在科学研究的最前线，他们打破学术界限，由此开辟了一片新天地。/pp　　探索更多药物的物理性和化学性，钻研以色谱仪为核心的分析化学仪器，设计并合成出功能性高分子。金泽秀子女士主要研究医学、工学、药学领域，但不专注于某个学科，旨在深化人类对生命科学课题的认知与理解。/pp　　在东京医科牙科大学医学部的实验室里，金泽女士完成了抗药性质粒的研究，并将此项研究写入了毕业论文。毕业后，她进入日本电信电话公社(现在的NTT)医用信息研究所，“span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "深刻感觉到自身能力不足”/span。于是继续深造，在公立药科大学研究生学院研究科取得博士学位。随后，金泽女士获得了去东京大学生产技术研究所(东大生研)的学习机会。/pp　　span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "“学校提供了良好的科研环境和平台，我遇到了一个千载难逢的好机会”/span。在这里，我有幸结识了享誉再生医学第一人、东京女子医科大学教授—冈野光夫先生，在药学系鲜有涉足的功能性高分子的合成，甚至是新型温感液相色谱仪的开发方面，他都给了我不少启发。/pp　　strong研发如何应用功能性高分子分离系统/strong/pp　　span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "“功能性高分子对热、光等物理性刺激或酸、碱等化学性刺激具有应激性，为适应外界刺激高分子会改变自身的结构和性质，所以功能性高分子对不同的刺激具有特异性。”/span/pp　　功能性高分子内部的感温高分子Poly(Nisopropylacrylamide)(PNIPAAm)受到外界的温度刺激时，当温度高于低温临界溶解温度32℃时，聚合物链凝聚且不溶于水，呈现白浊现象。反之，低于32℃时，聚合物链与水分子结合、溶解，呈透明状，此现象为不可逆的吸放热现象。无数的科研学者投身于高分子应激性应用的研究中，1990年日本的冈野先生等人率先提出了“细胞片工程学”概念。将PNIPAAm固定于培养皿表面，随着温度的变化，样品表面由疏水性向亲水性发生转变，因此不需要蛋白酶分解，即可直接剥离细胞片。/pp　　span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "“如果培养皿表面性质(亲水性、疏水性)改变，液相色谱仪表面填充剂的性质也会相应变化，由此可实现物质分离。”/span/pp　　东大生研时期，金泽女士采用多孔玻璃研究开发了液相色谱填充剂，此外，她还对生药成分进行分析，希望应用到功能性高分子的分离系统之中，而在此之前几乎没有相关有价值的文献报道，可谓是这方面研究的第一人。/pp　strong　大力推动“分离”技术革新，全新推出温感液相色谱仪/strong/pp　　液相色谱仪是将待测样品注入流动相，泵入色谱柱内，利用固定相(色谱柱内的填充剂)和样品之间相互作用所产生的速度差，分离并检测出样品的成分。我们通常所使用的液相色谱仪的流动相内含盐类和甲醇、乙腈等有机溶剂，与固定相之间产生的作用力的大小、吸附能力强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，最终实现混合物中各组分的分离与检测。为实现最佳分离效果，需要考虑流动相的组成。为此，金泽女士引入了一个全新优化分离概念，不用改变流动相组成，可通过吸附在固定相表面的功能性高分子性质的显著变化，使组分实现最佳分离效果。/pp　　span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "“固体表面吸附功能性高分子，改变了固体表面的性质。例如，本来是亲水性固体表面，由于受到外部温度刺激，表面会表现出疏水性。极小的温度变化也会导致物质的亲水性、疏水性变化。所以，即使流动相内不注入有机溶剂，固定相表面的性质也会变化，通过流动相内物质的吸附、解吸等，达到组分分离的效果。因此，这款温感液相色谱仪可以使用最简单的溶剂—水作为流动相。”/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/b2b08392-6067-4ba4-9e95-f500ff83f444.jpg" title="2.jpg" style="width: 550px height: 299px " width="550" vspace="0" hspace="0" height="299" border="0"//pp　　2000年，金泽女士等人开发的全新分离系统发表在美国化学会(American Chemical Society)日刊 Analytical Chemistry并上了该期刊的封面，获得了国内外人士的高度好评。温感液相色谱仪是一款环保型分离仪器，它无需使用有机溶剂，也不用调整流动相，从而避免废液对环境的污染。而且它还可以避免因添加有机溶剂引起蛋白质变性或失活，为后基因组时代蛋白质分离的研究提供了无限可能。/pp　　span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "“温感液相色谱仪可在不改变有机溶剂浓度的前提下，实现多种分离模式，因此可将该液相色谱仪应用于更多领域。例如，应用在再生医疗领域，在细胞治疗逐渐普遍化的今天，如何确保医疗服务质量?这就需要我们对蛋白质和细胞进行准确地分离分析，蛋白质是生物大分子，它和小分子不同，许多蛋白都和细胞有特异性的结合位点，单凭简单的分离模式难以实现蛋白和细胞的分离，而使用精心设计的功能性高分子，可以实现蛋白质、核酸等生物大分子和细胞的分离。”/span/ppspan style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/6a2c78d9-476e-49be-bb28-f0b1e04d7252.jpg" title="3.jpg"//pp　　strong功能性高分子为药物传输研究提供更多的可能/strong/pp　　温感液相色谱仪也可用于药物传输系统(DSS)研究，有望完成精准向身体特定部位输送药物。/pp　　span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "“将附着功能性高分子的纳米颗粒置于体内，通过控制相互作用力大小，使其到达癌细胞等的指定部位。但一旦载入体内，将伴随一生，所以要想真正应用这一技术还需要我们继续钻研，跨越一道道障碍。”/span/pp　　金教授课题组研发的DDS旨在用于癌症治疗，将核酸药物注入表面为感温高分子的纳米载体内，然后将其直接作用于病原基因。纳米载体到达患处后，从外部加热该病患部位，核酸药物就会释放出来。通过细胞培养实验可知，通过上述方法，那些很容易被血液中各种酶破坏的核酸药物可以通过纳米载体，精准地运达癌细胞位置，然后快速被吸收。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/64cd6c25-c1cc-4018-a0ba-0470d0ea5945.jpg" title="4.jpg" style="width: 550px height: 367px " width="550" vspace="0" hspace="0" height="367" border="0"//pp　　strong深入研究生物体，为临床诊断和治疗提供新的途径和方法/strong/pp　　病毒是将自身的遗传物质置于蛋白载体内，以稳定存活于生物体内。运用这一原理，研发出类似于病毒的纳米载体，可准确将药物或遗传物质送至目标位置(患处)，并利用感温高分子将药物在体内释放。/pp　　span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "“要将像病毒一样生物功能复杂的载体准确导入精密的人体结构中，这就需要对生物体的各个结构及功能结构十分了解，因此我对仿生学和生物体模仿学非常感兴趣。”/span/pp　　通过准确捕捉外部环境变化，生物体外形和功能做出敏锐反应。模拟这种原理，开始尝试人工材料的研发，这将推进功能性高分子的合成和DDS开发。而且，以生物模拟的功能聚合物为基础，开发出可使指定细胞发光的荧光探针，由此可将药物传送到指定细胞。荧光探针是一种生物成像技术，采用环境响应性高分子，可实时观测生物体内情况。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/4d67fe43-7956-42cc-a77b-d9491e41144a.jpg" title="5.jpg" style="width: 550px height: 369px " width="550" vspace="0" hspace="0" height="369" border="0"//pp　　span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "“我认为，由于荧光物质受周围环境影响，会产生发光或不发光现象，如果将荧光物质导入功能聚合物内，应该可以探索出更多新东西。在研发DDS过程中，在聚合物上附着荧光分子，可有效利用pH响应性和温度响应性等聚合物性质，获得直观图像。例如，癌细胞周围的pH值比正常部位的pH值低，所以可利用成像pH响应性，只照射癌细胞。”/span/pp　　strong科研人员在创造千分之一的可能性/strong/pp　　金教授课题组通过“模拟”生物体功能，研发应激性聚合物合成技术和重构分离系统，为医学诊断和治疗做出贡献。为了让普通用户能够切实感受到这种具有划时代意义的分离方法的真正价值，日立高新技术公司将带领分析仪器厂家在硬件开发方面提供支持，与金教授课题组相互协助，共同进步。/pp　　span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "“在液相色谱仪中，流动相中的有机溶剂浓度的变化对分离的效果远大于温度变化，但是温感液相色谱仪是通过温度变化来实现来物质分离的。如果没有仪器能够实现这些功能，那么我们辛苦研发的填充剂也将面临着推广难题。目前日立正在研发高性能柱温箱，利用它我们可以研制出一个新系统，使前处理过程简单化，还可以在线分析血清中的药物。”/span/ppspan style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/0ba637e4-642f-4286-882f-995bc063b11e.jpg" title="6.jpg"//pp　　新任液相色谱仪科学会会长的金泽女士，还在庆应义塾大学设立了研究中心，以培养科研人才、探索医学、工学、药学的未知领域，她平时工作十分繁忙，但仍然对许多事物保持一颗好奇心，一想到什么，“就一定要尝试一下”，正因为如此，她的身上散发着独特的魅力。/pp　　span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "“所谓的科研就是要经历无数失败，一般100次尝试中，有99次都是失败的，更甚者，1000次实验，999次都以失败告终。但是，只要成功1次，就会让人振奋不已，这种心情其他人不能理解，这也是科研人员永不放弃的动力。”/span/pp　　科研还讲究团队合作，光靠一个人不可能实现科学的进步。无论你发明了多么高级的东西，“没有人用，也卖不出去，岂不是形同虚设?所以，发明家的初衷是让更多的人使用自己的发明。”/pp　　金泽女士满怀科研的热情，朝着梦想不懈努力。/pp style="text-align: right "　　(采访?撰稿：石桥今日美)/pp　　strongspan style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "编者按/span/strong/ppspan style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "　　每年一到了杉树花粉漫天飞舞的季节，我就明显感觉到身体是一个精密复杂的系统。仅仅30-40 µ m的颗粒，就会引起身体的不适。我是过敏性体质，尽管我性格上不拘小节，身体却是十分敏感。但是，通过电子显微镜图像看到人体系统的连锁反应，我了解了过敏现象，这大概就是人类本能地容易相信自己“看到的东西”。在医疗领域快速发展的生物成像技术，未来会通过“可视化”治疗来治愈患者。我很荣幸能够听到金泽老师讲述如何将理论应用到实践中，再加上她本身的才学，即便在这个伤春的季节，我依旧能够感觉到一个崭新的时代，正在悄然开启。/span/pp style="text-align: right "span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "　　(采访：大塚智惠)/span/p

2021年，《高分子学报》邀请了国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写从基本原理出发的高分子现代表征方法综述并上线了虚拟专辑。仪器信息网在获《高分子学报》副主编胡文兵老师授权后，也将上线同名专题并转载专题文章，帮助广大研究生和年轻学者了解、学习并提升高分子表征技术。在此，向胡文兵老师和组织及参与撰写的各位专家学者表示感谢。更多专题内容详见：高分子表征技术专题 高分子表征技术专题前言孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”。 我们要做好高分子的科学研究工作，掌握基本的表征方法必不可少。每一位学者在自己的学术成长历程中，都或多或少地有幸获得过学术界前辈在实验表征方法方面的宝贵指导！随着科学技术的高速发展，传统的高分子实验表征方法及其应用也取得了长足的进步。目前，中国的高分子学术论文数已经位居世界领先地位，但国内关于高分子现代表征方法方面的系统知识介绍较为缺乏。为此，《高分子学报》主编张希教授委托副主编王笃金研究员和胡文兵教授，组织系列从基本原理出发的高分子现代表征方法综述，邀请国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写。每篇综述涵盖基本原理、实验技巧和典型应用三个方面，旨在给广大研究生和年轻学者提供做好高分子表征工作所必须掌握的基础知识训练。我们的邀请获得了本领域专家学者的热情反馈和大力支持，借此机会特表感谢！从2021年第3期开始，以上文章将陆续在《高分子学报》发表，并在网站上发布虚拟专辑，以方便大家浏览阅读. 期待这一系列的现代表征方法综述能成为高分子科学知识大厦的奠基石，支撑年轻高分子学者的茁壮成长！也期待未来有更多的学术界同行一起加入到这一工作中来.高分子表征技术的发展推动了我国高分子学科的持续进步，为提升我国高分子研究的国际地位作出了贡献. 借此虚拟专辑出版之际，让我们表达对高分子物理和表征学界的老一辈科学家的崇高敬意！二维相关红外光谱分析技术在高分子表征中的应用Applications of Two-dimensional Correlation Infrared Spectroscopy in the Characterization of Polymers本文作者：侯磊，武培怡 作者机构：东华大学化学化工与生物工程学院,上海,201620作者简介：武培怡，男，1968年生. 1985年，南京大学化学系获学士学位，1998年，德国ESSEN大学获博士学位. 1998~2000年在日本触媒研究中心从事研究工作，2000~2017年任复旦大学高分子科学系教授，2017年起任东华大学化学化工与生物工程学院教授. 2001年入选上海市科委启明星计划、上海市教委曙光计划，2003年入选上海市科委白玉兰科技人才计划，2004年入选上海市科委启明星跟踪计划，获得国家杰出青年基金资助、上海市引进海外高层次留学人员专项资金资助，2005年度入选教育部首届新世纪人才计划，2007年入选上海市优秀学科带头人计划，2016年入选英国皇家化学会会士，2017年获陶氏化学“Dow Innovation Challenge Award”. 主要研究方向包括二维相关光谱在聚合物体系中的应用、智能仿生材料、聚合物功能膜等.摘要二维相关光谱作为一种先进的光谱分析方法，具有提高谱图分辨率、解析动态过程等优势，近来在高分子表征中引起了越来越多的关注. 高分子体系涉及了丰富的相互作用和复杂的结构，分子光谱是常用的表征手段，而借助二维相关光谱分析技术，能够有效识别精细结构、判别动态变化机制，从而显著丰富和完善分析结果. 本文重点围绕二维相关红外光谱，简述了发展历史和基本原理，随后结合实际过程，介绍了相关实验和分析技巧，最后列举了其在高分子表征中的典型应用，展示了二维相关红外光谱分析的特点，具体涉及温度响应高分子的响应机制、可拉伸离子导体中复杂相互作用、小分子在聚合物基质中的扩散、天然高分子的结构表征等研究. 希望通过本文的介绍，能够帮助读者更好地理解二维相关光谱，进一步拓展其在高分子领域中的应用.AbstractTwo-dimensional correlation spectroscopy (2Dcos) is an advanced analysis method, which holds great advantages in improving spectral resolutions and interpreting dynamic processes, and has attracted great attention in the field of polymers. Molecular spectroscopy is frequently applied in the characterization of polymers, which involves abundant molecular interactions and complex structures. Under the help of 2Dcos analysis, fine structures as well as dynamic mechanisms within the polymer systems can be effectively identified, thus significantly enriching and improving the analysis results. In this paper, we will mainly focus on the two-dimensional correlation infrared spectroscopy (2DIR). Firstly, the history and basic principles of 2Dcos are briefly introduced. Then, some relevant experimental and analytical techniques are presented based on the actual process. Finally, typical applications of 2DIR in the polymer characterization are demonstrated and the features thereinto are also shown. Particularly, the response mechanisms of temperature-responsive polymers, complex molecular interactions in stretchable ionic conductors, diffusion processes of small molecules in polymer matrix and structures of natural polymers are investigated. It is hoped that this paper will help readers better understand 2Dcos and further expand its applications in the field of polymers.关键词分子光谱   二维相关光谱   高分子   分子相互作用 KeywordsMolecular spectroscopy   Two-dimensional correlation spectroscopy   Polymer   Molecular interactions  高分子材料体系涉及丰富的相互作用和多级结构，这是决定材料最终性能的关键. 分子光谱(红外、拉曼光谱)作为表征高分子材料的常用手段，一方面可以检测不同化学结构/组分所对应的官能团，依据特征吸收峰强度和位置，实现对高分子化学结构的鉴别，另一方面，可以基于不同官能团特征吸收峰的强度和位置变化，判别基团所处的物理或化学环境，实现对体系中复杂相互作用的解析. 随着高分子材料的发展，体系趋向多样化、多功能化，而传统的一维分子光谱存在谱峰重叠严重、分辨能力有限等问题，一定程度限制了分子光谱在复杂高分子体系的应用拓展.二维相关光谱(Two-dimensional correlation spectroscopy，2Dcos)作为一种先进的光谱分析手段，尤其适合于从分子水平探讨各类外扰作用下复杂高分子体系涉及的结构和相互作用变化. 相较于传统的一维光谱，二维相关光谱的优势在于：(1)对于包含许多重叠峰的复杂谱图，起到图谱简化的作用；(2)通过将原始谱图在第二维度上延伸，能够明显提高原始一维谱图的分辨率；(3)谱峰的相关性可帮助判断体系中的相互作用以及峰归属；(4)可用于确定外界刺激下不同过程的发生次序. 本文首先将结合二维相关光谱的发展历史，介绍其基本原理. 其次，围绕动态谱图获取和二维相关分析，介绍二维相关光谱的一些实验和分析技巧. 最后，结合具体体系，重点阐述二维相关光谱在高分子表征中的应用.1 基本原理1.1 发展历史二维相关光谱分析方法的基本概念最早起源于核磁共振(NMR)领域. 二维核磁共振(2DNMR)谱通过多脉冲技术激发核自旋，采集原子核自旋弛豫过程的衰减信号，最后经双重傅里叶变换得到[1]. 通过将核磁信号扩展到第二维度，可以显著提高谱图的分辨率，并且有效简化包含许多重叠峰的复杂光谱. 与此同时，通过选择相关的光谱信号，可以鉴别和研究分子内/间的相互作用. 尽管二维光谱技术在核磁领域取得了快速发展，却在很长一段时间内未能深入到其他光谱分支，如红外、拉曼、紫外-可见吸收、荧光光谱等. 阻碍二维光谱技术发展的一个根本原因在于多重射频脉冲的二维核磁技术可以成功地在精密而昂贵的核磁仪器上实施，却不能在普通的红外、拉曼和紫外-可见吸收等光谱仪器上实现. 因为这类光谱的时间标尺(time scale)远小于核磁共振[2]. 一般来说，核磁时间标尺数量级在毫秒到微秒之间，而红外吸收光谱观察分子振动的时间标尺在皮秒数量级，因此产生二维红外光谱必须采用特殊的新途径.二维相关光谱概念上的突破是由特拉华大学(University of Delaware)的化学家Noda[3,4]提出的. 他把核磁实验中的多重射频励磁看作是一种对体系的外扰(外部扰动). 施加于体系的外扰可以多种多样，如热、磁、机械、电场、化学甚至声波等. 每种外扰对体系的影响是独特而有选择性的，并由特定的宏观刺激和分子相互作用的机理所决定. 因此，包含在动态光谱中的信息类型是由外扰的方式和电磁波的种类所决定的. 外扰的波形没有任何限制，从简单的正弦波、脉冲、到随机的噪音或静态的物理量(如时间、温度、压力等)的变化均可应用于外扰. 由此，Noda设计出一种完全不同的二维光谱实验技术，他用外扰来激发被检测体系的分子，由于被激发分子的弛豫过程慢于振动光谱的时间标尺，因而可使用时间或温度等外扰分辨振动光谱(红外、拉曼)技术来跟踪研究被检测体系受外界扰动而产生的动态变化，结合数学中的相关分析技术，将原有的光谱信号扩展到第二维度，从而得到二维相关光谱(如图1所示). 二维相关光谱实际研究的就是动态光谱的变化[5,6]. 此后，随着二维相关光谱技术的发展，逐渐在荧光光谱、X射线衍射谱、凝胶渗透色谱等也得到了应用. 总体而言，二维相关光谱分析在红外光谱中的应用最为成功，这主要是由于红外光谱的信噪比相对较高，具有高灵敏度、高选择性和非破坏性等特点，能够在分子结构和链段运动等方面提供丰富信息. 另一方面，红外光谱的谱峰重叠严重，解析起来存在一定困难，二维相关光谱的引入可以很好地解决这一问题. Fig. 1 Acquisition procedure of generalized 2D correlation spectra. In the 2D synchronous and asynchronous spectra, red colors represent positive intensities while green colors represent negative ones.1.2 计算原理二维相关光谱考虑外扰变量下(如时间、温度、压力、浓度、电场、磁场等)光谱强度y(v, p)的变化情况，其中v为光谱变量，可以为任何光谱量化的参数，如红外波数、拉曼位移、紫外波长、X射线散射角等，p为外扰变量，可以是任意合理的物理或化学变量，如时间、温度、压力、电场强度、浓度、pH、离子强度等. 对于体系在一定外扰区间(1~N)下引起的动态光谱y˜(v, p)定义为[2,5]：y¯(v)为体系的参考光谱，通常选为平均谱. 参考光谱的定义为实际过程中，可以选择某一个参考点p = Pref处的光谱作为参考光谱. 参考点可以是实验的初始状态或结束状态，也可以直接简单地设为0，这种情况下，动态光谱即为我们观察到的光谱强度.二维相关强度X(v1, v2)表示在外扰变量区间内，对光谱变量v1和v2光谱强度变化y˜(v, p)的函数进行比较. 由于相关函数是计算2个互不依赖的光谱变量v1和v2处强度的变化，因此可以将X(v1, v2)转变为复数形式[2]：这里，组成复数的相互垂直的实部和虚部分别称作同步和异步二维相关强度. 同步二维相关强度Ф(v1, v2)表示随着p值的变化，v1和v2处光谱强度的相似性变化，而异步二维相关强度Ѱ(v1, v2)则表示光谱强度的相异性变化.二维相关光谱的快速计算方式在于对动态光谱进行Hilbert-Noda变换，将其从外扰域转换到频率域上，最终得到二维相关光谱[2,5].二维相关同步谱：二维相关异步谱：其中Mjk代表Hilbert-Noda转变矩阵的第j行第k列的元素，表示为：1.3 解谱规则二维相关光谱图包含同步谱和异步谱2类，图1展示了典型的同步和异步谱图.1.3.1 二维相关光谱同步谱图二维相关光谱同步谱图表现了给定2波数v1和v2处光谱强度的同步或者一致变化. 同步谱图沿对角线(对应于光谱坐标v1 = v2)方向对称，其中相关峰可以出现在对角线上，也可以出现在对角线外. 落在对角线上的相关峰称作自动峰，自动峰强度对应于外扰过程中光谱变化的自相关函数. 在同步谱中，自动峰的强度始终为正，代表了对应波数下光谱强度动态波动的整体程度. 所以，在动态谱图中表现出更大程度强度变化的区域对应的自动峰越强，而那些基本保持不变的峰自动峰强度小甚至没有自动峰. 交叉峰处于同步谱图的非对角线区域，表现了不同波数光谱信号的同步变化. 这样一种同步的变化，反过来，预示着2波数间可能存在一定的相关性. 尽管自动峰的强度始终为正，但交叉峰的强度可正可负. 如果2波数的交叉峰为正，说明这2个波数对应的光谱强度在外扰下同时增加或者同时降低；如果两波数的交叉峰为负，说明这2个波数对应的光谱强度一个增加另一个降低.1.3.2 二维相关光谱异步谱图异步谱图呈现了2个给定波数v1和v2处光谱强度的异步或者相继变化，它关于对角线反对称. 异步谱图中只有交叉峰，而无自动峰. 异步交叉峰只有在2个给定波数的光谱强度发生异相(如延迟或加快)变化时才出现. 这一特点尤其可以帮助区分光谱中的来源不同的重叠峰. 于是，外扰过程中，混合物中的不同组分、材料中的不同相或者化学基团经历不同的变化对光谱强度的贡献能够得以辨别. 即使是2个谱带靠的很近，只要它们的瞬间特征或者时间依赖光谱强度变化模式存在本质不同，它们之间便会出现异步交叉峰. 所以异步交叉峰的出现意味着这些谱带有着不同的来源或者是不同分子环境下的官能团. 异步谱图的交叉峰可正可负，而异步谱图中交叉峰的符号可以用来辅助判断谱带在外扰过程中的变化次序.1.3.3 二维相关光谱读谱规则利用同步和异步谱图的交叉峰，可以获得外扰条件下光谱强度发生变化的先后次序关系. 为方便表述，将同步谱图中(v1, v2)处的峰强度记为Φ(v1, v2)，将异步谱图中(v1, v2)处的峰强度记为Ψ(v1, v2). 根据Noda规则[5]：(1)当Φ(v1, v2) 0时，如果Ψ(v1, v2) 0，则v1谱带处的强度变化发生先于v2谱带处的强度变化(表示为v1→v2)，而如果Ψ(v1, v2) 0，则v2→v1；(2)当Φ(v1, v2) 0时，如果Ψ(v1, v2) 0，则v2→v1，而如果Ψ(v1, v2) 0，则v1→v2. 简单说来，如果(v1, v2)在同步和异步谱图的交叉峰符号一致(都为正或者都为负)，则v1→v2；如果(v1, v2)在同步和异步谱图的交叉峰符号不一致(一个为正而另一个为负)，则v2→v1.2 实验技巧二维相关光谱作为一种有效的光谱分析手段，是针对一系列动态光谱的数学分析，具体可分为2个过程：动态谱图获取和二维相关分析. 本节将结合实际操作过程，介绍二维相关红外光谱的一些实验和分析技巧.2.1 动态谱图获取2.1.1 样品制备对于固体聚合物样品，溴化钾压片法制备的样品可直接用于透射红外光谱测试；另外，还可使用溶液铸膜(solution casting)法在红外窗片上直接制备得到适合透射红外光谱测试的薄膜. 对于溶液样品，主要应考虑样品的密封问题，避免测试过程中溶剂的挥发. 此外，水溶液或者水凝胶样品，为避免H2O分子的红外吸收对高分子链上C―H和C＝O基团吸收峰的影响，可以用D2O作溶剂.2.1.2 测试条件测试模式方面，为得到高信噪比的红外光谱图，一般使用透射模式进行数据采集. 特殊的样品也可选用其他附件，例如对样品表面进行研究时可选用ATR附件. 测试条件方面，为兼顾扫描时间和信噪比，可设置红外谱图分辨率为4 cm-1，扫描次数为32次.2.1.3 测试环境二维相关光谱的特点在于只对光谱的变化敏感，能够显著放大一系列动态光谱的变化情况. 不论样品浓度、厚度如何，如果其处于静态，不发生变化，则对应的二维相关光谱无任何信号. 因此，为了使二维相关光谱的信号只来源于样品本身的结构变化，需要保证测试过程中环境的相对稳定，排除测试环境变化引起的水或二氧化碳吸收峰变化的干扰. 通常，可以借助干燥空气或者氮气吹扫，待测试环境稳定后进行背景采集，随后开展一系列动态光谱的采集.2.2 二维相关光谱分析将采集的一系列动态光谱在特定的软件上进行数学处理，即可得到二维相关光谱同步和异步谱图. 目前，能够快速获得二维相关光谱的软件种类很多[7]，大都是免费获取或者是商业化的软件，包括2D Shige、TDCOS、Mat2DCorr、2DCS、Midas 2010、R corr2D、Python Scikit Spectra、Python NumPy等. 关于二维相关光谱的谱图分析，重点在两部分：精细结构的分辨和动态过程的解析. 二维相关光谱异步谱可以区分光谱中来源不同的重叠峰，将异步谱中谱峰对应的波数进行基团归属，即可分辨体系的精细结构. 此外，通过结合同步谱和异步谱交叉峰的符号，可以获得外扰条件下光谱强度发生变化的先后次序关系. 为了方便解析复杂体系谱峰响应的先后次序，根据Noda规则，本课题组提出了一种简便的判断方式[8]. 如表1、2所示，分别读出了图1异步谱中所有谱峰对应的波数及其在同步和异步谱中交叉峰的符号(强度正负)，之后将其对应一一相乘，结果如表3所示. 该表中每一个正值都代表它所对应的横轴的波数先于或快于纵轴的波数响应，而每一个负值代表它所对应的横轴的波数后于或慢于纵轴的波数响应. 基于此，可以直观地得出对应动态过程的谱峰响应次序(“→”表示先于或快于)：1647→1628→1622→1615 cm-1.Table 1 Signs of cross-peaks in synchronous spectrum (corresponding to Fig. 1).Table 2 Signs of cross-peaks in synchronous spectrum (corresponding to Fig. 1).Table 3 The final results of multiplication on the signs of each cross-peak in synchronous and asynchronous spectra.3 典型应用基于二维相关光谱在判断精细结构和解析动态过程的优势，本节将结合本课题组的研究工作，介绍二维相关光谱在高分子表征中的应用，主要涉及温度响应高分子的响应机制、可拉伸离子导体中复杂相互作用、小分子在聚合物基质中的扩散机理等.3.1 温度响应高分子的响应机制温度响应高分子能够在外界温度发生变化时改变自身的物理或化学性质，形成对环境的感应并产生反馈，在智能传感、药物缓释、可控驱动、过滤分离、智能窗户等领域得到了广泛关注和应用[9~11]. 温度响应高分子的响应过程往往源于分子结构或链构象的变化，分子光谱(红外、拉曼光谱)对分子基团及相应的相互作用十分敏感，非常适合于研究其中的响应机理. 传统的一维分子光谱存在谱峰重叠严重、分辨能力低以及难以捕捉动态过程等不足，借助二维相关光谱分析，可以对温度响应高分子的精细结构和动态响应机制进行深入解析，探讨其中的构效关系.聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)在水溶液中呈现LCST (lower critical solution temperature)型转变，即升温过程发生相分离，相转变温度约为32 ℃[12]. PNIPAM分子链同时存在亲水的酰胺基团和疏水的碳链骨架、异丙基侧基，利用变温红外光谱对PNIPAM水溶液升温过程进行跟踪，观察到vas(CH3)和vs(CH2)吸收峰波数的降低以及Amide I区域1625和1649 cm-1处吸收峰的相互转化，表明聚合物链C―H基团的脱水和分子间/内氢键C＝O… H―N的形成. 基于二维相关光谱分析，获取了PNIPAM水溶液相分离的微观动力学机理：温度升高首先发生侧基CH3的两步脱水，随后是主链的塌缩和聚集，最后为酰胺氢键的形成，并最终导致了相分离[13].PNIPAM的LCST型转变对溶剂组成也十分敏感. 尽管水和甲醇都是PNIPAM的良溶剂，但在两者以一定比例混合的状态下对PNIPAM则为不良溶剂. 例如：当甲醇和水的体积比为0.35:0.65时，PNIPAM在该混合溶剂中的LCST约为-7.5 ℃，这种现象称为“共不溶”现象. 利用红外光谱和二维相关光谱分析研究PNIPAM在水/甲醇混合溶剂中温度响应行为[14]，传统一维红外光谱分析表明，相比于纯水溶液，PNIPAM链在水/甲醇混合溶剂中处于塌缩的状态，并且PNIPAM和甲醇的相互作用明显被削弱了，这主要归因于混合溶剂中水-甲醇团簇的形成导致了PNIPAM链水合位点的减少. 进一步的二维相关红外光谱分析证实了水-甲醇团簇对PNIPAM链水合过程的抑制作用.除此之外，本课题组还探讨了其他LCST型聚合物的转变机理[15~19]、共聚(无规共聚、嵌段共聚)结构对温敏聚合物相变行为的影响[20~22]、温度响应水/微凝胶的体积转变过程[23~25]等，相关工作已进行过系统总结[26,27]，这里不再赘述.水凝胶结构与生物组织十分相近，在仿生皮肤等领域获得了广泛关注. 将两性离子单体与丙烯酸(acrylate acid, AA)共聚，通过调节盐浓度，制备得到具有优异可塑性、可拉伸性、自愈合性的超分子聚电解质水凝胶[28]. 同时，聚电解质的离子传输性质赋予了水凝胶对温度、应变、应力的多重感知功能. 基于对干态和湿态凝胶的红外光谱解析，获取了该水凝胶涉及的丰富的分子间/内相互作用，包括聚丙烯酸(PAA)链段羧基之间的氢键相互作用、两性离子链段中磺酸根与季铵盐的静电相互作用、PAA链段羧酸根和两性离子链段季铵盐的静电相互作用等，而这些丰富的分子间/内相互作用是该超分子水凝胶力学性能的决定性因素. 在此基础上，用甲基丙烯酸(methyacrylate acid, MAA)取代丙烯酸，即在PAA链段引入疏水的α-甲基，通过调节MAA和两性离子单体的比例，实现了超分子水凝胶在LCST和UCST (upper critical solution temperature)行为之间的转变[29]，如图2所示. 具体地，当两性离子单体与MAA质量比大于1时，聚合物在水溶液中表现出UCST行为；当两性离子单体与MAA质量比等于1时，聚合物在宽的温度范围(10~80 ℃)内均不溶于水；两性离子单体与MAA质量比小于1时，聚合物在水溶液中表现出LCST行为. 同时，LCST和UCST可以通过两性离子和MAA单体的共聚比例方便地进行调节. 二维相关红外光谱从分子水平有效揭示了这一体系独特相行为的产生原因. 结果表明，羰基氢键结构的转化是LCST型水凝胶相行为的驱动力，而磺酸根涉及相互作用(水合作用、静电作用等)的变化是UCST型水凝胶相行为的驱动力.Fig. 2 (a) The chemical structure of the polyzwitterion Turbidity curves and typical photos for the (b) UCST- and (c) LCST-type hydrogels Temperature-dependent FTIR spectra (d, e) and 2D correlation spectra (f, g) of typical UCST- and LCST-type hydrogels (Reprinted with permission from Ref.[29] Copyright (2018) American Chemical Society).在天然的阳离子多糖(季铵化壳聚糖)中原位聚合亲水的阴离子单体(AA)，构筑了具有温度、pH、机械力、电学等刺激响应行为的双网络聚电解质水凝胶. 该水凝胶同时集成了生物相容、离子传输、黏附、可拉伸、自愈合等多种功能，可作为仿生离子皮肤用于监测压力、温度、pH、电信号等刺激引起的生理信号变化[30]. 值得注意的是，该离子皮肤具有温度可调的黏附性，即升温黏附强度提升，降温黏附强度下降，例如水凝胶在猪皮上37 ℃下的黏附强度是20 ℃下的5.5倍，且具有良好的循环稳定性，这主要源于聚电解质水凝胶的UCST型转变. 季铵化壳聚糖由疏水主链和亲水的季铵盐基团组成，具有两亲性结构，通过改变聚合过程中AA组分的比例，可以实现对双网络聚电解质水凝胶相变行为的调控. 利用温度分辨红外光谱及二维相关分析对水凝胶的温度响应机理进行研究，结果表明体系的UCST型转变源于焓变驱动的季铵化壳聚糖与PAA链段间离子相互作用的解离和氢键作用的增强. 关于水凝胶的黏附性，涉及了丰富的分子相互作用，如PAA与基体间的氢键、季铵化壳聚糖与基体间的疏水相互作用、离子相互作用等. 二维相关红外光谱分析表明，升温相变过程中离子对解离，释放了大量解离的羧基，促使了PAA链段中羧基二聚体之间强氢键以及与季铵化壳聚糖链段羟基之间氢键的形成，提高了水凝胶的强度. 同时，水凝胶中羧基二聚体的形成有利于氨基的质子化，从而改善了组织黏附性.聚甲基丙烯酸(PMAA)在合适的水环境中也可表现出LCST型相转变[31]. 通过在PMAA水溶液中引入AlCl3等无机盐，调节盐浓度，实现了体系相转变温度的广泛可调，并构筑了具有多级结构、可实现紫外-可见-红外宽谱带光管理的新型水玻璃. 该水玻璃不仅可以可逆地切换可见光区域的透射率，阻挡紫外和红外光，还具有缺口不敏感性、自我修复断裂和划痕的功能. 借助二维相关红外光谱可对该水玻璃的动态响应机制进行解析，经分析，PMAA链段上不同化学基团在升温过程的响应次序为：α-甲基→亚甲基→羧基，表明疏水的α-甲基的脱水合是该体系相转变过程的驱动力，导致了聚合物主链的塌缩以及羧基之间氢键结构的解离. 此外，温度分辨小角X射线散射(SAXS)、微小角中子散射(VSANS)光谱证实了聚合物链塌缩引起的散射强度增加，从而产生可见光透过率的变化.一些聚电解质复合物在水溶液中也表现出热致相转变行为[32]. 通过调节典型聚电解质复合物——聚苯乙烯磺酸盐/聚二烯丙基二甲基铵在溴化钾水溶液中的浓度，同时观察到了LCST和UCST型相转变现象：低浓度下，聚电解质复合物呈现UCST型固液相转变；高浓度下，聚电解质复合物则表现为LCST型液液相分离. 基于温度分辨拉曼光谱和二维相关光谱分析，深入研究了体系中的水合效应和阴-阳离子相互作用. 研究发现，在水溶液中，聚电解质复合物的阴-阳离子相互作用呈现2种状态：直接接触型离子对(contact ion pairs, CIPs)和溶剂分离型离子对(solvent-separated ion pairs, SIPs). 聚合物浓度较低时，疏水的聚电解质链段使得阴-阳离子直接结合，CIPs占主导，而温度的升高导致了CIPs的解离，从而引起体系的UCST型转变；聚合物浓度较高时，CIPs比例低，升温导致了阴-阳离子的结合，从而引起体系的LCST型转变. 二维相关拉曼光谱分析则给出了相转变过程中的基团衍化次序，进一步揭示了聚电解质复合物两种截然不同的相转变机理：UCST型体系升温呈现出阴-阳离子相互作用逐渐减弱的解离过程，即“CIPs→SIPs→自由离子”，而LCST型体系升温呈现出阴-阳离子相互作用逐渐增强的缔合过程，即“自由离子→SIPs→CIPs”(图3). Fig. 3 2D correlation synchronous and asynchronous Raman spectra of polyelectrolyte complexes with (a) UCST- and (b) LCST-type transitions (c) Schematic illustration of the phase transition mechanisms (Reprinted with permission from Ref.[32] Copyright (2020) American Chemical Society).将温度响应聚合物引入分离膜，能够赋予膜材料温度响应功能，实现可控的物质分离[33]. 利用温敏性聚N-乙烯基己内酰胺(PVCL)和非温敏性聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)协同稳定金属有机框架(MOF)纳米片，并进一步抽滤得到层层堆叠的温度响应纳米片复合膜. 其中PVCL提供温敏性，PVP提供支撑作用，PVCL和PVP的协同作用使得在升降温循环过程中，层间纳米孔道体积既可以同步增大和缩小，而层间距维持稳定. 所得MOF纳米片复合膜水通量及对染料截留能力具有温度敏感性. 温度升高，PVCL链塌缩使得层间纳米孔道体积增大，因而水通量增大，且升降温循环过程稳定性良好. 将尺寸相近的3种染料分子(亮绿、中性红、结晶紫)混合液进行过滤测试发现，随温度升高，尺寸较小的亮绿和中性红分子截留率下降明显高于结晶紫. 值得注意的是，对不同温度下滤液的紫外-可见光谱进行二维相关光谱分析，可以得到不同染料随温度升高的流出顺序：亮绿→中性红→结晶紫，证实了复合膜中纳米孔道尺寸随温度升高而逐渐增大. 利用二维相关红外光谱进一步对纳米片复合膜的温度响应机制进行了解析，结果显示，PVCL链段在升温过程的脱水和塌缩作为复合膜温敏行为的驱动力，降低了MOF纳米片的界面润湿性，最终导致纳米孔道的变化，而PVP链段在这一过程中并未发生明显变化，主要起到层间支撑作用(图4).Fig. 4 (a) Temperature-dependent FTIR spectra of the composite membrane (30-60 ℃). The arrows indicate the spectral variation trends at different wavenumbers (b) 2D correlation synchronous (left) and asynchronous (right) spectra of the composite membrane (c) Schematic illustration of the "smart" membrane separation performance (Reprinted with permission from Ref.[33] Copyright (2020) Springer Nature).3.2 可拉伸离子导体中复杂相互作用的揭示生命系统的生理活动与离子传导密切相关，譬如皮肤和神经纤维须通过离子传导电信号实现环境感知和运动反馈. 可拉伸离子导体是模拟弹性生物组织离子传输的重要材料，在仿生皮肤、人工肌肉、可拉伸储能、软机器人等领域取得了广泛应用.在进行可拉伸离子导体的构筑时，往往需要兼顾力学和离子传导等性能，其中涉及了丰富的分子相互作用. 本课题组围绕可拉伸离子导体，在对体系分子内/分子间相互作用机理的研究基础上，提出了一系列调控力学、电学和光学性质的分子设计. 例如：利用纳米级无定形矿物粒子和天然多糖的离子作用，调节物理交联PAA的黏弹性，所构筑的仿生皮肤可以快速自修复，且具有更高的应力响应灵敏度[34]；基于AA和两性离子共聚物，选择结构匹配的离子液体，通过带电荷基团之间的离子协同效应构筑了导电纳米通道，氢键作用实现了导电通道和动态交联网络之间的协同效应，所制备的本征可拉伸导体材料透明性好、可拉伸性能突出(10000%)[35]；基于聚阴离子和聚阳离子间的弱氢键相互作用构筑了一种聚离子弹性体，所得聚离子弹性体高度透明，具有接近生物组织的力学性能和感知功能，并且可以实现同步的致动和反馈效果[36]；利用含氟聚离子液体与离子液体之间的离子-偶极和离子-离子相互作用，设计了一种可水下通信的光学伪装离子凝胶，该离子凝胶透明、力学性能可调、可3D打印，且具有水下自愈合、水下黏附、导离子等功能[37]. 二维相关红外光谱的优势在于从动态过程中识别体系的精细结构和复杂相互作用，因而是研究离子凝胶/弹性体中分子相互作用机制的有效手段.通过合理调控分子间/内相互作用，设计制备了一种基于天然小分子α-硫辛酸(α-thioctic acid, TA)的可涂覆离子凝胶油墨(图5)[38]. 在离子液体1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯([EMI][ES])存在的条件下，TA室温即可进行浓度诱导的自发开环聚合，得到稳定、透明、高拉伸且自愈合的离子凝胶弹性体. 该弹性体易溶于乙醇，因而能够方便地涂覆到任意表面，赋予涂覆体稳定的离子导电能力和应变感知功能. 利用红外光谱等手段探讨了离子凝胶中离子液体对聚硫辛酸(polyTA)的稳定机制：相比于纯的polyTA体系，离子凝胶的COOH伸缩振动区域在1734 cm-1出现了明显的肩峰，而离子液体的S＝O伸缩振动峰在离子凝胶中呈现了明显的红移，表明polyTA的羧基与硫酸乙酯阴离子形成了COOH… [ES]氢键. 分子动力学模拟结果表明了COOH… [ES]氢键的热力学稳定性，同时该氢键能够有效降低polyTA的势能. 因此，离子液体主要通过阴离子ES与polyTA基间形成强氢键而稳定polyTA. 二维相关红外光谱则揭示了离子凝胶升温过程不同化学基团的响应次序：COOH… [ES]氢键→羧酸二聚体→自由羧基，说明COOH… [ES]氢键对温度变化最敏感，进一步证实了COOH… [ES]氢键对于稳定polyTA离子凝胶的重要作用. Fig. 5 (a) Schematic illustration of the COOH[ES] H-bonding in the ionogel (b) ATR-FTIR spectral comparison among ionogel, [EMI][ES] and neat polyTA (c) Temperature-variable FTIR spectra of the ionogel in the C＝O stretching region from 25 °C to 151 °C Perturbation-correlation moving window (d) and 2D correlation synchronous and asynchronous spectra (e) generated from (c). (Reprinted with permission from Ref.[38] Copyright (2021) Wiley).受指纹结构启发，构筑了一种具有共形和可重复编辑褶皱结构的本征可拉伸离子导电芯鞘纤维[39]，其中，纤维芯层为离子凝胶弹性体，鞘层为氟橡胶，芯鞘界面借助共价交联网络和离子-偶极相互作用实现协同拓扑互锁和物理黏附. 经过表面褶皱结构的优化，该离子纤维拉伸应变感知灵敏度(gauge factor)可提升至10以上，超过了绝大多数可拉伸离子导体应变传感器. 利用红外光谱对离子凝胶芯层的分子相互作用进行研究，发现其中涉及了离子液体阳离子咪唑环上C―H与聚合物侧基乙氧基间的氢键、聚合物链段C＝O间的偶极-偶极相互作用、离子液体阴-阳离子间的弱静电相互作用等，而这些都对离子凝胶的高拉伸行为做出了重要贡献. 基于对芯层和鞘层力学性能的研究，发现表面褶皱形成的主要原因在于，高模量的氟橡胶鞘层弹性回复率显著低于离子凝胶芯层，在应变回复过程中造成了芯层和鞘层的界面失稳. 随着预应变的增加，弹性回复率差异变大，从而导致更加密集的褶皱结构. 此外，形成的表面褶皱可通过加热至60 ℃完全消除，从而赋予纤维可重复编辑褶皱的能力. 二维相关红外光谱揭示了离子凝胶芯层高温下残余应变的消除主要源于聚合物链段C＝O间偶极-偶极相互作用的减弱和构象重排，而氟橡胶鞘层由C―F间偶极-偶极相互作用锚定的链构象也可以通过加热消除.通过在强氢键交联的PAA网络中引入熵驱动的弱交联两性离子超分子网络，产生竞争机制，设计制备了一系列透明、抗冻、保湿、黏附、高拉伸、高回弹、自愈合、应变硬化、导质子、可重复加工等综合性能优异的离子皮肤(图6)[40]. 不同于传统水凝胶和离子凝胶，该离子弹性体不含大量溶剂，仅含有少量达到吸湿平衡的水分子，这使得分子间的羧酸二聚体氢键足以交联PAA分子链而形成强交联网络，而弱交联的两性离子超分子网络则提供柔性. 通过红外光谱、核磁共振谱和力学松弛等实验探讨了这一二元网络体系中的分子相互作用. 其中，具有较低pKa值的两性离子的存在使得PAA轻度去质子化，游离的质子是主要载流子. 去质子化的PAA与两性离子的阳离子端也可以发生离子缔合. 利用变温红外光谱并结合二维相关光谱分析，验证了体系中的3种主要分子相互作用，并根据它们对于温度的响应顺序判别了其结合强度，即PAA链段羧酸二聚体氢键 PAA-甜菜碱离子相互作用 甜菜碱-甜菜碱离子相互作用，这一光谱表征结果为该离子皮肤强弱协同竞争网络的分子设计提供了重要依据. Fig. 6 (a) Temperature-variable FTIR spectra of PAA/betaine ionic elastomer upon heating (b) 2D correlation synchronous and asynchronous spectra generated from (a) FTIR (c) and 1H-NMR (d) spectra of PAA, betaine, and PAA/betaine (e) Schematic illustration of PAA/betaine elastomer and the order of interaction strength among the three main interacting pairs (Reprinted with permission from Ref.[40] Copyright (2021) Springer Nature).3.3 小分子在聚合物基质中的扩散聚合物生产和加工的许多工序都涉及小分子物质在聚合物基体的扩散，研究这类扩散行为具有重要的理论和实践意义. ATR-FTIR光谱可对小分子在聚合物基质中的扩散过程进行实时、原位、快速、多组分检测，能够同时获取扩散系数和分子层面相互作用等信息. 扩散装置示意图如图7所示，聚合物基体处于ATR晶体和扩散物质之间，当扩散物质从聚合物基体的上表面扩散至下表面时即可被检测到. 随着时间的增加，与扩散物质相关的特征吸收峰强逐渐增大直至扩散平衡(扩散谱图，图7(b)). 以扩散时间为横坐标、扩散物质特征吸收峰强度/面积为纵坐标作图，即可得到扩散曲线(图7(c)). 结合二维相关光谱分析，可以提供动态扩散过程结构与相互作用的变化信息，有助于解析扩散机制[41~45].Fig. 7 (a) Schematic illustration of the diffusion experiments by ATR-FTIR spectroscopy (b) typical diffusion spectra (c) a typical diffusion curve.基于朗伯比尔定律和菲克扩散模型，Fieldson等[46]建立了基于ATR-FTIR光谱测试计算扩散系数的公式：其中这里，At为扩散时间t时，特征红外吸收峰的强度或面积；A∞为扩散达到平衡时，特征红外吸收峰的强度或面积；L为聚合物薄膜基体的厚度；D为扩散剂的扩散系数；γ为光波在聚合物基体中渗透深度的倒数，可表示为：其中，θ (θ = 45o)为红外光的入射角；n1和n2分别为聚合物和ATR晶体的折光指数；λ为红外光的波长. 基于以上扩散方程对ATR-FTIR光谱测试得到的扩散曲线进行拟合，即可得到相关扩散系数. 此外，根据曲线拟合情况可以判断该扩散过程的扩散模型.利用时间分辨ATR-FTIR光谱并结合二维相关光谱分析技术对水分子在乙基纤维素(EC)基薄膜中的扩散行为进行系统研究[47]. 分析表明，水分子在EC中的扩散行为符合菲克扩散模型，通过对扩散曲线的拟合计算得到了相关的扩散系数. 此外，探讨了EC中增塑剂(柠檬酸三乙酯)含量对水分子扩散行为的影响，结果表明，增塑剂的添加不影响水分子的扩散模型，主要起到加速水分子扩散的作用，这主要源于增塑剂的加入改善了EC链的活动性而提高了EC基体的自由体积(free volume). 利用二维相关光谱对水分子羟基伸缩振动区域扩散谱图进行解析，观察到在整个扩散过程中，主要存在着4种类型的水分子，即本体水(强氢键作用)、团簇水(中等强度氢键作用)、相对自由的水分子(弱氢键作用)以及自由的水分子(极弱氢键作用). 依据Noda规则，判别出不同状态水分子扩散的先后顺序：团簇水→本体水→相对自由的水分子或自由的水分子，表明扩散首先来自体积较小、相对弱氢键结合的团簇水，其次才是大量的本体水，而随着扩散过程的进行，部分水分子与聚合物基体相互作用而脱离团簇水或本体水，产生了(相对)自由的水分子.EC被广泛用作药物包衣材料以实现药物缓释的功能，利用ATR-FTIR光谱对药物分子在EC基薄膜中的扩散行为进行实时监测可以有效模拟这一药物缓释过程(图8)，从而为EC基药物包衣材料的配方优化提供理论指导[48]. 扩散谱图直观呈现了体系中各组分的变化情况，包括水分子(1637 cm-1)和药物分子(1569 cm-1)特征吸收峰强度的上升，增塑剂(1737 cm-1)特征吸收峰强度的下降等，表明水分子和药物分子在EC基薄膜中的扩散以及薄膜中增塑剂的部分溶解. 定量分析结果表明，扩散主要包含3个阶段：(A)水分子扩散；(B) EC膜吸水饱和，水扩散停止并溶解EC基体中的致孔剂；(C) 随着致孔剂的溶解，EC薄膜中形成孔道，使得药物分子和水分子共同扩散，同时增塑剂溶解. 二维相关红外光谱分析结果进一步证实了C阶段的各组分变化顺序：水分子扩散→药物分子扩散→增塑剂溶解，并且显示药物分子始终处于水合状态. 此外，通过改变药物分子的水溶性、致孔剂的种类以探讨膜配方对扩散行为的影响，结果表明随着致孔剂水溶性的增加和/或药物分子水溶性的降低，B阶段将缩短甚至消除. Fig. 8 (a) Time-resolved ATR-FTIR spectra collected during the water and drug diffusion (b) 2D correlation synchronous and asynchronous spectra during the diffusion of Stage C (c) Schematic illustration of water and drug diffusion across the EC-based film (Reprinted with permission from Ref.[48] Copyright (2015) Elsevier).氢氧化物/尿素是溶解纤维素的重要组合，其中尿素可稳定纤维素的疏水部分，有利于形成包合物从而促进纤维素的溶解. 在分子层面上，尿素溶液对纤维素的作用机理尚不明确. 采用ATR-FTIR光谱并结合二维相关光谱衍生的外扰相关移动窗口(perturbation-correlation moving window，PCMW)技术研究了不同浓度尿素水溶液(0，20 wt%、40 wt%和50 wt%)在黏胶纤维膜中的扩散行为，在分子水平揭示了尿素溶液的动态扩散行为以及与黏胶纤维的相互作用机制[49]. 从扩散谱图的变化规律以及对应的扩散曲线看，尿素溶液的扩散过程可大致分为2个步骤，水分子首先通过黏胶纤维膜，随后带动尿素分子一起通过. PCMW谱图显示，尿素浓度越高，尿素分子扩散滞后现象越明显. 根据菲克扩散模型，尿素分子在黏胶纤维膜的扩散系数随尿素浓度的增加而减小. 在红外光谱中，特征谱峰出现位移表明相应官能团相互作用的变化. 基于扩散过程Amide Ⅲ(尿素)和CH2-O(6)H伸缩振动(纤维素)的峰位移变化趋势，尿素水溶液在黏胶纤维中的扩散过程可以概括为：首先水分子破坏黏胶纤维膜无定形区的氢键网络，与羟基形成新的纤维素-水氢键，随后尿素分子在水分子的“桥连”作用下形成纤维素-水-尿素氢键，从而间接作用于纤维素. 低浓度下，水分子相对含量较大，可以快速打开扩散通道带动尿素分子通过黏胶纤维膜. 而高浓度下，尿素分子发生聚集且固定了大量水分子，从而在宏观上延缓了尿素溶液的扩散.热转移印花是纺织品印花方法之一，本质上是分散染料向聚酯纤维动态扩散的过程. 借助ATR-FTIR光谱对分散红9 (DR 9)在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜中的扩散过程进行了原位跟踪，模拟了热转移印花过程，并结合二维相关光谱探讨了分散染料-分散染料、分散染料-PET相互作用机制，在分子水平上阐释了其扩散机理(图9)[50]. DR 9在PET薄膜中的扩散过程符合菲克扩散模型. 温度越高，扩散速度越快，这主要归因于：(1) 温度升高导致了PET基体自由体积的增加和分子链热运动的增强；(2) DR 9在高温下分子运动的增强. 此外，将不同温度下的扩散系数按照Arrhenius公式进行线性拟合，可以计算得到DR 9在PET中扩散活化能为15.33 kJ/mol. 通过对扩散过程中不同阶段的红外谱图进行对比，观察到了体系中存在丰富的分子间/内相互作用，包括PET和DR 9的C＝O基团间偶极-偶极相互作用、芳香基团间π-π相互作用以及DR 9分子内氢键等. 二维相关红外光谱分析进一步细化了扩散体系中不同化学基团的分子间/内相互作用及其在扩散过程中的变化情况. 高温下，随着DR 9分子热运动增强，DR 9分子之间的相互作用减弱. 借助DR 9和PET中C＝O基团之间的偶极-偶极相互作用，DR 9扩散进入PET基体. 在扩散过程中，DR 9中形成了较强的分子内氢键，从而提高了DR 9的平面性，促进了扩散过程. 随着越来越多的DR 9分子扩散到PET基体中，DR 9和PET的芳香基团之间的π-π相互作用成为主导，DR 9的分子内氢键减弱. Fig. 9 (a) Time-resolved ATR-FTIR spectra and (b) 2D correlation synchronous and asynchronous spectra of DR 9 diffusion in PET at 140 ℃ (c) Schematic diagram of DR 9 diffusion into PET (Reprinted with permission from Ref.[50] Copyright (2020) American Chemical Society).采用时间分辨ATR-FTIR光谱对不同温度下碳酸丙烯酯(PC)-双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)在聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VDF-HFP))中的扩散行为进行了原位监测，同时获得了凝胶聚合物电解质中各扩散组分的扩散系数和分子层面相互作用信息[51]. 基于PC中C＝O伸缩振动区域的二阶导数分析，推断出PC在凝胶电解质主要存在四种状态，即与P(VDF-HFP)发生偶极-偶极相互作、PC分子间发生偶极-偶极相互作用、与锂离子发生强离子-偶极相互作用、与锂离子发生弱离子-偶极相互作用. 同时，LiTFSI参与的分子相互作用也得以识别，包括锂离子与PC中C＝O之间的离子-偶极相互作用，锂离子与P(VDF-HFP)中C―F之间的离子-偶极相互作用、TFSI-的溶剂化作用等. 扩散过程中，首先是PC分子以溶剂团簇的形式扩散进入P(VDF-HFP)，PC分子中的C＝O与P(VDF-HFP)中的C―F发生偶极-偶极相互作用，一定程度减弱了P(VDF-HFP)聚合物链间的偶极-偶极相互作用，从而有利于锂盐的扩散. 随后，借助锂离子与C＝O的离子-偶极相互作用，锂离子随着PC分子扩散进入P(VDF-HFP)，TFSI-在扩散过程中也一直处于溶剂化状态. 这里，PC分子既充当了增塑剂的角色，同时也是离子(包括阴离子和阳离子)扩散的载体. 本工作在分子水平上揭示了PC-LiTFSI在P(VDF-HFP)的传导机制，对高性能凝胶聚合物电解质的结构设计和性能优化具有一定的指导意义.3.4 天然高分子的结构表征海藻酸钠(SA)作为一类天然多糖，生产成本低、无毒且具有良好的生物相容性、可降解性，在食品工业、制药、纺织印染等领域得到了广泛应用. 随着实验室和工业对SA的日趋重视，理解SA内部的氢键结构也变得越发重要. 利用红外光谱对SA升温过程特征基团的变化进行原位监测，结合二维相关光谱等分析手段从分子水平研究了SA体系的相互作用机制，探讨了温度扰动下SA分子间/内、SA与水分子间氢键结构的演变历程[52]. 研究发现，加热过程可分为30~60 ℃和60~170 ℃ 2个阶段：第一阶段为弱氢键结合的水分子脱除，第二阶段为强氢键结合的水分子脱除. 二维相关红外光谱结果表明：30~60 ℃区间内，随脱水过程发生，SA与水分子的氢键逐步断裂，SA中C―OH和COO-基团逐渐参与形成分子间/内氢键(O3H3⋯O5和O2H2⋯O＝C―O-)，因此水分子的存在一定程度破坏了SA中原有的氢键结构；60~170 ℃区间内，强结合水脱除，SA与水分子的氢键进一步断裂，同时SA分子间/内氢键相互作用逐步减弱，出现了部分相对自由的C―OH和COO-基团(图10). 由于相对自由的COO-比C―OH更早出现，可以推测C―OH形成的分子间/内氢键相互作用比COO-更强.Fig. 10 2D synchronous and asynchronous spectra of the SA film during heating between (a) 30-60 °C and (b) 60-170 °C (c) Schematic illustration of the heat-induced hydrogen bonding transformation in the SA film[52] (Reprinted with permission from Ref.[52] Copyright (2019) Elsevier).多元羧酸与纤维素的羟基反应，能使纤维素大分子间形成立体的交联网络结构，从而赋予棉纤维织物抗皱性能. 1,2,3,4-丁烷四羧酸(BTCA)作为一类典型的用于棉纤维织物抗皱整理的多元羧酸，其与纤维素的酯化过程受到了广泛关注，但其中关于分子水平相互作用机制及动态反应机理仍不清晰. 利用FTIR光谱对加热过程中纤维素与BTCA在催化剂次亚磷酸钠(SHP)作用下的酯化反应过程进行原位跟踪，并借助二维相关光谱分析技术探讨了该反应的分子机理，重点关注了分子层面相互作用机制以及反应全过程中的化学基团转变历程[53]. 分析表明，室温下，体系中的O―H和C＝O等极性基团有强氢键相互作用. SHP存在时，碱金属离子(Na+)与羧基反应并将其转化为相应的羧酸盐，从而一定程度削弱了BTCA间的氢键相互作用. 在30~100 ℃的加热过程中，体系中的氢键部分断裂，导致一些O―H和C＝O处于相对自由的状态. 这里，SHP的存在和加热过程都会导致体系中氢键相互作用的减弱，从而使相应的化学基团更自由，有利于酸酐生成和酯化反应. 当加热至100 ℃以上后，羧酸盐和自由羧酸开始脱水形成环酐. 一旦形成环酐，就会与纤维素大分子链上的O―H反应生成酯. 通过逐步成酐和酯化反应过程，BTCA实现了对纤维素的交联. 该结果对多元羧酸的抗皱整理工艺优化及寻找更有效的多元羧酸类抗皱整理剂和催化剂具有一定的指导作用.4 总结与展望本文主要介绍了二维相关光谱的基本原理、实验和分析技巧等，并结合具体的体系(如温度响应高分子、可拉伸离子导体、小分子在聚合物中的扩散过程、天然高分子等)，简述了二维相关光谱在高分子表征中的应用. 这里，二维相关光谱不仅能够有效鉴别高分子体系涉及的丰富相互作用，还能提供外扰作用下动态过程发生的分子机制. 相关研究结果一方面有助于启发新型功能高分子材料的结构设计，另一方面也可以为实际工艺过程的配方优化和参数调整提供指导.二维相关光谱作为一种先进的光谱分析手段，在高分子材料体系的表征中得到了越来越多的关注. 随着高分子材料涉及的体系越来越复杂、功能越来越强大，这为二维相关光谱的应用提供了更多的机遇，但同时也带来了更多的挑战. 在后续的研究工作中，二维相关光谱分析可以重点关注以下几方面：(1) 光谱手段的多样性. 目前关于二维相关光谱在高分子体系中的应用主要是基于中红外光谱，关注的是分子层面相互作用信息. 一方面，中红外光谱也有一定的局限性，例如低浓度溶液体系信号弱、水的吸收峰干扰严重等. 对于中红外光谱难以表征的体系，可以尝试其他分子光谱手段，如拉曼光谱、近红外光谱等，开展二维相关光谱分析. 另一方面，其他光谱手段，包括荧光光谱、圆二色谱、紫外-可见吸收光谱、X射线衍射谱等，都可以进行二维相关光谱分析，以获取多层面丰富的结构信息. 目前，这些光谱在处理二维相关分析时，大部分因信噪比低而导致噪音被显著放大，使得结构解析变得困难，如何有效解决这一问题是丰富二维相关分析光谱手段的关键.(2) 外扰变量的丰富性. 时间、温度便于控制，是目前获取动态光谱最常用的外扰变量. 然而，影响高分子结构和性能的因素是多种多样的，例如湿度变化能够引起高分子力学性质的改变、紫外光照射可以引起高分子的老化等，尤其是刺激响应高分子，可以对温度、压力、电场、磁场、pH、浓度等丰富的外扰产生响应，引起物理或化学性质的变化. 最近，Li等[54]利用二维相关红外光谱研究了乙醇诱导聚丙烯酰胺/Pluronic 127水凝胶相分离的机理，获取了氢键解离和无定形-结晶转变等信息. 因此，利用二维相关光谱探讨不同刺激下高分子结构的演变机制，将进一步拓宽二维相关光谱的应用范围. 需要注意的是，对于测试过程无法原位施加的外扰变量，应尽量避免其他因素改变而引起的光谱变化，否则将影响二维相关光谱分析结果的真实性和可靠性.(3) 多种分析手段的关联. 一方面，通过二维相关光谱交叉谱的计算和解析，可以将不同分析手段所得结果进行关联，这能够帮助理解高分子不同层面结构的内在联系. 另一方，二维相关光谱分析结果涉及丰富的相互作用和结构变化，经过与其他分析表征手段的结果进行比对和相互验证，可有效加深人们对二维相关光谱分析结果的理解. 参考文献1Ernst R R, Bodenhausen G, Wokaun A. 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仪器信息网联合《高分子学报》将于2022年11月10-11日合作举办“先进高分子材料”主题网络研讨会（2022），本届会议报告将聚焦于高分子材料研究与表征测试技术，邀请国内高分子领域的知名专家和国内外科学仪器厂商代表分享研究成果和前沿技术，致力于为国内高分子材料研究、应用及检测的相关工作者提供一个突破时间地域限制的免费学习平台，让大家足不出户便能聆听到相关专家的精彩报告。主办单位：仪器信息网&《高分子学报》会议日程及报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/polymer2022/本届先进高分子材料主题网络研讨会共设置了4个主题会场 ，分别是:高分子材料研究、大科学装置在高分子研究中的应用、高分子表征测试技术（上）、高分子表征测试技术（下）。高分子材料研究专场报告嘉宾简介：中国科学技术大学教授 尤业字尤业字，中国科学技术大学化学与材料科学教授，博士生导师。1996年本科毕业于合肥工业大学化学工程学院，2000年获中国科学技术大学硕士学位， 2003年获得年中国科学技术大学博士学位，并获中科院院长奖学金。随后，2003年在日本东京工业大学资源化学研究所做访问研究员，2005年到美国美国韦恩州立大学药学院进行博士后研究。2007年12月回到中国科学技术大学高分子科学与工程系，任副教授；2012.12至今 中国科学技术大学高分子科学与工程系教授、博士生导师；2017.12合肥微尺度物质科学国家研究中心研究员。2007以来，主持或参与科技部重点研发、基金委重点项目、面上项目等。多年来一直从事高分子纳米材料在基因传递和癌症治疗领域的研究，在Nat Metab, Nat Commun, Adv Mater, JACS, Angew Chem, ACS Nano等国际学术期刊发表研究论文150余篇。2011获教育部新世纪优秀人才，2016年获得国家自然基金委杰出青年科学基金资助。大部分癌症患者死于化疗药物的耐药或者肿瘤转移，因此合成耐药倾向低且抑制肿瘤转移的药物是当前癌症治疗的关键。构建了对肿瘤细胞膜表面特有的磷脂酰丝氨酸有高度特异性结合作用的两亲性有机金属配合物的多功能纳米材料，能实现对癌细胞的精准靶向，在肿瘤组织的高效富集，高效抗肿瘤和肿瘤转移。报告题目：靶向肿瘤细胞膜上磷脂酰丝氨酸的抗肿瘤药物华南理工大学教授 童真童真，华南理工大学教授、博士生导师。研究方向为高分子材料结构与性能、功能高分子材料，近期主要从事聚电解质相互作用转变与凝聚态变化、超拉伸环境响应纳米复合水凝胶、高分子物理凝胶化及其微观结构的形成与演化等方面的研究工作，先后主持过国家和省部级项目32项，包括国家杰出青年科学基金、国家自然基金重点项目、国家重大科研仪器研制项目等。曾在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Func. Mater.、Macromolecules等刊物发表学术论文308篇，被引用约10000次；获授权中国发明专利33件。曾获广东省自然科学一等奖和二等奖各1项，2000年获教育部“长江学者特聘教授”。搭建了多粒子示踪微流变平台，在凝胶化的高分子流体中加入微米直径的探针粒子，记录这些粒子在不同空间位置和不同时间热运动的轨迹，得到了体系在凝胶化点近旁的微观动态特性。对于6 wt%明胶溶液的凝胶化，记录不同时间探针粒子的均方位移（MSD），系综平均得到探针粒子位移的分布密度在凝胶化点偏离Gauss分布，而单粒子轨迹的非高斯参数（kurtosis）表明凝胶化点近旁单粒子位移符合Gauss分布。系综非高斯性是由扩散系数的分岔引起的，探针的非高斯动力学与介质的非高斯动力学并非直接等效，受到观测长度与体系相关长度耦合的影响。报告题目：多粒子示踪微流变仪观测凝胶化点近旁的动态不均匀性 中国科学院长春应用化学研究所研究员 陈全高分子的链结构和各种拓扑结构赋予其不同于小分子体系的熔体加工行为。在纺丝、吹膜和拉伸等加工过程中，拉伸流场是占主导的流场，因此研究拉伸流场下高分子熔体的链取向拉伸等行为和相应的非线性流变响应对于高分子加工具有重要的指导意义。本报告将聚焦高分子熔体特别是可逆凝胶体系的拉伸流变学研究的最新进展。报告题目：高分子熔体非线性拉伸流变学进展 沃特世科技（上海）有限公司材料科学市场高级应用工程师 李欣蔚李欣蔚，2011年加入Waters，有十几年的色谱、质谱行业经验，负责相关领域的色谱、质谱应用方案支持，帮助客户实现检测效率最大化；对接最新国际材料领域检测方案、推进全国化工行业高端客户合作、熟知细分行业材料分析思路；推动开发应对产业难题的解决方案，基于不同材料类型、不同应用领域、不同产业链需求制定定制化方案指导。聚合物科学取得的进展正迅速将应用扩展到生活的方方面面：努力开发可持续的聚合物材料，希望能减少污染和石油的使用；轻量、高强度材料的开发；以及各种先进材料改性研究，获取更优异性能。但聚合物包括从线性聚合物到三维立体结构的多种分子构型。由于这种分子复杂性，需要色谱和质谱来把控一级结构、混合物、同分异构体和分子结构。在本报告中将分享大量聚合物开发各个阶段的分析案例，为进一步构效关系研究给与更多的支持。报告题目：借助色谱质谱探寻聚合物分子构型和问题溯源 清华大学教授 杨睿杨睿，清华大学化学工程系教授，博士生导师。现任中国机械工程学会理事、高分子材料专委会秘书长；中国材料研究学会高分子材料与工程分会副秘书长；中国化工学会工程热化学专业委员会专家委员。担任老化领域国际权威期刊Polymer Degradation and Stability和Polymer Testing、Journal of Vinyl and Additive Technology、BMC Chemistry、《功能高分子学报》、《机械工程材料》和《塑料工业》等期刊编委。担任173计划重点项目技术首席专家。发表论文100余篇，授权专利19项。主编教材《聚合物近代仪器分析》及 Analytical Methods for Polymer Characterization，参编教材Polymer Science and Nanotechnology。获教育部自然科学二等奖和北京市科技进步二等奖各 1 项。高分子材料的使用寿命需和使用要求及使用条件相适应。在储存期和使用期，希望材料尽可能保持其使用性能；在废弃期，则希望材料尽快降解。同一种材料在不同地区和不同的气候条件下使用，其使用寿命也不同。报告以PBAT和PP为例，介绍高分子材料的全生命周期和在不同时空下的降解行为，以期对材料的研发和应用起到指导作用。报告题目：高分子材料的全生命周期降解行为及时空谱 杭州师范大学教授 李勇进李勇进，杭州师范大学材料与化学化工学院教授、博导。主要研究领域为多相多组分高分子材料界面调控、高分子材料反应性加工、高分子材料凝聚态物理及流变学等。已完成和承担国家重大研发计划课题、国家基金委重大项目课题以及国家自然科学基金区创联合重点项目等多个重要纵向研究课题。在Macromolecules, Polymer, ACS Macro Lett等国内外重要学术期刊上发表论文160余篇， SCI引用6300余次；获得授权的美国专利4项、日本专利22项、中国国家发明专利42项；编写英文专著6篇章。2010年5月获得第18届日本筑波化学生物奖， 2017年获得高分子加工“新锐创新奖”，2018年、2020年和2021年三次获得冯新德高分子奖提名奖，2019年获得国际高分子加工学会(PPS) Morand Lambla奖，2020年获得浙江省自然科学二等奖（排名第一）。目前担任Journal of Polymer Engineering 副主编，Composite Science and Technology, Functional Composite Materials等国际重要学术期刊编委。是浙江省塑料工程协会副理事长、中国力学学会流变学分会委员、中国复合材料学会纳米复合材料分会常务理事、中国化学会应用化学学科委员会委员。高分子材料的界面增强和调控是多相多组分高分子材料研究的核心科学问题。到目前为止，不相容共混物界面增容研究以共价键连接形成的增容剂分子为主要途径，增容体系的可设计性和普适性受限。本文基于聚乳酸立构复合作用探索建立界面“非共价增容”新模式。首先通过反应性加工技术，分别制备左旋聚乳酸(PLLA)接枝的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）与右旋聚乳酸(PDLA)接枝的共聚物聚苯乙烯（PS），基于PLLA与PDLA间强相互作用，通过熔融加工一步构筑“类嵌段/接枝共聚物”；进一步研究“类嵌段/接枝共聚物”对不相容共混物（PS/PMMA）的增容影响。论文结果有助于建立多相多组分高分子“非共价增容”基本模型，有望为共混材料结构设计和界面调控提供新途径。报告题目：类嵌段/接枝高分子的构筑及其对不相容共混物的增容研究会议日程及报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/polymer2022/

为了更好地促进高分子行业的分析技术和方法的应用，近日，由德祥科技北京办事处组织的“07年高分子分析分离及表征方法新技术交流会”在北京友谊宾馆圆满召开。这次交流会吸引了不少来自大学、科研院所及企业研究院所的科研专家前来参与。会上，很多专家和德祥公司的*产品专家进行了在技术层面上的交流，探讨的问题都比较有针对性，现场气氛相当活跃。screen.width-300)this.width=screen.width-300" 会后德祥公司对参会的专家们能够参加本次交流会表示了感谢，并希望今后能够创造更多沟通的机会，与大家共同分享新的分析技术所带来的喜悦。德祥公司也将一如既往的关注高分子行业分析仪器的发展，以满足日益增长的行业需求，向广大的用户提供更加全面的应用技术支持。在场专家也对德祥公司良好的企业文化以及高素质的团队表示了赞许，并希望今后能够建立和加强双方的合作。screen.width-300)this.width=screen.width-300"

2022年2月23日，国家高分子材料质量检验检测中心（安徽）与珀金埃尔默合力共建的联合实验室——高分子材料检测分析联合实验室，揭牌仪式在质检中心隆重举行。联合实验室将依托合作双方在技术、仪器和方法开发上的优势，积极探索新的检验检测技术，以助力进一步提升高分子材料科研及检测技术水平。国家高分子材料质量检验检测中心（安徽）主任吴雄杰（左）、珀金埃尔默应用市场事业部中国区总经理刘继涛（右）出席签约仪式联合实验室揭牌仪式以塑料、橡胶、合成纤维等为代表的高分子材料是现代工业和高新技术产业的重要基石，已经成为国民经济的基础产业和国家安全不可或缺的重要保证。对高分子材料开展精准、高效的质量检测，对于促进行业快速、健康发展起着至关重要的作用。国家高分子材料质量检验检测中心（安徽），坐落在国家级桐城经济技术开发区，是华东地区唯一一家国家级的高分子材料质检中心。随着国家质检机构体制改革和机制创新，以及高分子材料行业蓬勃发展，质检中心正迎来新的发展机遇。相信和珀金埃尔默公司的深度合作，双方将能够在高分子材料分析检测相关仪器的功能化、新测试方法或重要的标准方法开发和验证方面取得新的突破。”国家高分子材料质量检验检测中心（安徽）主任吴雄杰表示国家高分子材料质量检验检测中心（安徽）主任吴雄杰、中心书记吴旺生、办公室主任乔胜、测试中心主任江小平和技术人员等，同珀金埃尔默应用市场事业部中国区总经理刘继涛、大区销售经理张亮、大区维修经理朱炜、大区技术支持经理华诚等人共同为实验室揭牌。珀金埃尔默PerkinElmer珀金埃尔默是全球最大的分析仪器生产及服务提供商之一，与国家高分子材料质量检验检测中心（安徽）有着多年的合作，为其提供了一系列先进的分析测试仪器：如QSight 220液相串质谱联用仪、NexION300X ICP-MS等离子体质谱仪、AAnalytst AAS原子吸收光谱仪、Lambda紫外/可见/近红外分光光度计以及TGA-FITR联用系统、DSC、DMA、TMA等，为高质量、高效率的元素分析提供坚实保障。双方共建的高分子材料检测分析联合实验室也将依托珀金埃尔默在国内和国外的技术中心和技术资源，共同开展相关实验，并探索新的检验检测技术和实验方法开发。希望通过共建联合实验室这种新的合作方式，助力国家高分子材料质量检验检测中心（安徽）提高技术应用水平，推进科研探索的进程，为中国高分子材料科学的基础与应用研究做出更大贡献。”珀金埃尔默应用市场业务部中国区总经理刘继涛表示

目前，在抗生素新药申报日益严格的大背景下，聚合物杂质的研究常常是药品审评中心（Center for Drug Evaluation, CDE）发补及退审的理由。抗生素中聚合物杂质是引起临床不良反应的主要过敏原，严格控制其含量具有重要的意义。传统的聚合物杂质检测通常采用排阻色谱法，该方法检测时间长、分离度和专属性不足，对聚合物杂质进行笼统的总量控制，定量不准确，且无法鉴定聚合物杂质的结构。 为了解决这些难题，岛津公司与北京新领先医药科技发展有限公司合作搭建了SEC-RPLC-QTOF二维液相色谱-高分辨质谱检测平台。基于该平台二维杂质动态上样、在线脱盐等技术，以及岛津高分辨质谱仪的高质量准确度和高质量稳定性等性能特点，目前双方的研发人员共同参与完成了十四种β-内酰胺类抗生素的聚合物杂质的全面解析，并建立质谱数据库。 二维液相色谱-高分辨质谱检测平台SEC-RPLC-QTOF 参考2020年版《中国药典》头孢米诺和头孢地嗪有关物质Ⅱ检测方法，一维采用岛津Shimpack Bio Diol-60高效凝胶色谱柱进行分离，将聚合物杂质指针性地导入样品环；然后采用中心切割在线除盐进行二维反相色谱分离目标杂质，并通过LCMS-9030四极杆飞行时间高分辨质谱采集，获得准确的一级和二级质谱数据来达到鉴定杂质的目的。 SEC-RPLC-QTOF二维液相色谱-高分辨质谱检测平台流路图 抗生素杂质数字化标准品数据库 创新中心开发的《抗生素杂质数字化标准品数据库》已收录《欧洲药典》β-内酰胺类抗生素相关杂质标准品基于岛津液相色谱-高分辨质谱仪LCMS-9030采集的ESI正/负双模式，7个不同碰撞能量下的二级质谱图，同时数据库已登录化合物信息、可能的结构式、分析方法的色谱条件和《中国药典》流动相条件对应的保留时间等。此外，为方便使用者从高分辨质谱方法向低分辨质谱方法的转化，本数据库还登录了14种抗生素品种相关杂质的MRM方法文件，适用于液相色谱-三重四极杆质谱产品的检测。 目前数据库包含头孢甲肟、拉氧头孢、氟氧头孢钠、头孢呋辛、头孢曲松、头孢他碇、头孢吡肟、头孢唑啉钠、阿莫西林、头孢呋辛酯、头孢哌酮钠舒巴坦钠、头孢克肟、头孢泊肟酯和头孢地尼等14种β-内酰胺类抗生素品种，153种杂质和主成分对照品，以及50余种高分子聚合物杂质的共计1483张二级质谱图。 应用案例：阿莫西林聚合物杂质的鉴定 采用SEC-RPLC-QTOF二维液相色谱-高分辨质谱检测平台共检出阿莫西林热降解溶液中14种杂质成分，成功分离出阿莫西林二聚体，三聚体，四聚体及其异构体。下图为阿莫西林二聚体在数据库中的检索结果。 阿莫西林二聚体鉴定结果 详细信息请参考：《阿莫西林胶囊热降解聚合物杂质的2D-HPLC分析及质谱裂解机理探讨》《药物分析杂志》中图分类号：R917 文献标识码：A 文章编号：0254-1793(2021)07doi: 10.16155/j.0254-1793.2021.07。 总结 创新中心搭载的专属性中心切割二维反相色质谱联用分析平台SEC-RPLC-QTOF，采用中心切割技术，在线除盐分离出目标杂质，利用LCMS-QTOF配合自主开发的质谱库进行鉴定。该分析平台不仅为企业客户大大降低了企业研发成本，同时也为企业的工艺改进、剂型研发、品质提升等方面提供技术参考。

由于肝素钠在分子量分布和电荷差异上的异质性，对其进行有效分析一直是一个挑战。而且，这些杂质通常具有与肝素钠相类似的特性，使得在使用分析方法时很难区分肝素钠与其杂质。为了有效将肝素钠从杂质中（包括生产过程产生的杂质如硫酸皮肤素和非法添加的杂质如多硫酸软骨素）分离出来，美国药典（USP）颁布了一种采用离子交换色谱鉴定肝素钠及其杂质的色谱方法（注：中国药典对肝素钠的检测方法和USP相同）。然而，目前市面上的离子交换色谱柱很少能够满足USP的分离度标准，因此，迫切需要有一种新型填料来对其进行改善。赛分科技近日开发了一种离子交换色谱柱&mdash &mdash Glycomix&trade SAX，可对如肝素钠这样的带多电荷聚糖样品实现高效分离。图1肝素钠、硫酸皮肤素和多硫酸软骨素在Glycomix&trade SAX上的分离色谱图色谱条件Column:Glycomix&trade SAX, 4.6 x 250 mm Guard column: Glycomix, 4.6 x 50 mmMobile phase:A: 0.04% NaH2PO4, pH 3.0 B: 0.04% NaH2PO4+14% NaClO4, pH 3.0Flow rate:0.22 mL/minGradient:20% - 90% B in 60 minutesWavelength:202 nmColumn temp:25 ℃Injection volume:10 mLPressures:9.5 barSample:20 mg/mL Heparin sodium 1 mg/mL Dermatan sulfate (DS) 1mg/mL Oversulfated chondroitin sulfate (OSCS) in H2O 在Glycomix&trade SAX柱上，肝素钠和硫酸皮肤素的分离度为3.8，肝素钠和多硫酸软骨素之间的分离度为5.8，远远超过USP所要求的1.0和1.5。图2 肝素钠、硫酸皮肤素和多硫酸软骨素的标准曲线图3 Glycomix&trade SAX的批次重现性 更多信息：http://www.sepax-tech.com.cn/products/tjpz1/lzjh/Glycomix/13.html 《Glycomix&trade SAX产品手册》 点击下载关于赛分科技 赛分科技有限公司（Sepax Technologies, Inc）总部位于美国特拉华州高新技术开发区，致力于开发和生产药物与生物大分子分离和纯化领域的技术和产品。赛分科技是集研发、生产和全球销售为一体的实业型企业。公司主要产品为液相色谱柱及耗材、固相萃取柱（SPE）及耗材、液相色谱填料以及分离纯化仪器设备。在液相色谱领域里，赛分科技已开发出了100多种不同型号的液相色谱材料，涵盖了反相、正相、超临界（SFC）、手性（Chiral）、离子交换、体积排阻、亲和、HILIC等各种类别，为世界范围内液相色谱产品最为完善的企业之一。 赛分科技的创新技术使之生产出具有最高分辨率及最高效的生物分离产品，包括体积排阻、离子交换、抗体分离、和糖类化合物分离色谱填料和色谱柱，可广泛地应用于单克隆抗体、各种蛋白、DNA、RNA、多肽、多糖和疫苗等生物样品的分析、分离和纯化。赛分科技先进的技术和完善的产品线已使赛分成为全球生物分离的领航者。 公司网站：www.sepax-tech.com.cn www.sepax-tech.com

由于每次举办都受到业界和学术界客户的追捧， TA仪器每年都会在张江地区举办高分子和药物的技术交流会。与大家分享最新的技术理念。今年2013年6月18日和6月19日。TA仪器在张江博雅酒店举办的技术讲座再次获得了巨大的成功。 此次技术讲座聚焦了多个材料界的前沿话题，例如 如何应用热分析技术进行目前流行的高分子体系受限的研究？热分析和微量热技术如何在生物制药中发挥作用？来自TA仪器的技术专家们以其前瞻性的技术理念和丰富的应用经验开拓了客户在材料表征中的技术思路， 使得大家可以近距离的接触世界上最新的材料分析技术！ 获得了所有参会者的一致好评！讲座现场济济一堂TA仪器国际运营总监 Mike Uptmore先生给大家带来了TA总部的最新信息TA仪器的热分析技术专家马倩博士正在回答客户提问

由中国化学会高分子学科委员会主办，东华大学、纤维材料改性国家重点实验室、材料科学与工程学院共同承办的&ldquo 2013年全国高分子学术论文报告会&rdquo 将于2013年10月12至16日在上海世博中心举行。会议期间将举办&ldquo 先进高分子材料、实验室设备与分析仪器展览会&rdquo ，充分展示国际国内最先进的科学仪器、实验室设备和装备，为企业搭建技术交流、产品展示与贸易洽淡的平台。为促进高分子领域产学研用结合，实现资源共享、互利双赢、共同发展，加快推动高分子学科建设与产业的发展，同时还将举办&ldquo 高分子产学研合作对接会&rdquo 。　　届时将由来自中、美、德、日、瑞士等国家超过100家展商和10,000多名高分子科学与材料领域的产学研用的专业人士将前来参观展览会。仪器信息网作为支持媒体也将亮相展览现场，展位号为097，欢迎参观交流。　　一、会议主题　　主题A 高分子合成(A Program 0921 fixed.pdf)　　主题B 高分子理论、计算与模拟(B program 1011 fixed.pdf)　　主题C 高分子结构与性能(C program 0918 fixed.pdf)　　主题D 高分子表征(D Program 0920 fixed.pdf)　　主题E 分子组装与超分子聚合物(E Program 0923 fixed.pdf)　　主题F 功能高分子(F Program 1011 fixed.pdf)　　主题G 光电功能高分子(G Program 0920 fixed.pdf)　　主题H 医用高分子(H Program 0923 fixed.pdf)　　主题I 生物高分子与天然高分子(I Program 1011 fixed.pdf)　　主题J 高分子复合体系(J Program 0923 fixed.pdf)　　主题K 先进纤维(K program 0926 fixed.pdf)　　主题L 高性能树脂(L program 1011 fixed.pdf)　　主题M 阻燃高分子(M Program 0919 fixed.pdf)　　主题N 高分子加工与成型(N Program 0923 fixed.pdf)　　主题O 高分子与工业(O Program 0926 fixed.pdf)　　主题P 高分子教育(P program 0920 fixed.pdf)　　主题Q 中美高分子材料前沿论坛(The 3rd ACS-PMSE/CCS-PD Joint Symposium on Polymers)(Q Program 0922 fixed.pdf)　　二、大会日程表日期时间内容地点 8:30-19:00报到绿厅（1F）*2013.10.1216:30-17:30组委会会议上海大华锦绣假日酒店 ** 锦园会议室3+4 厅 20:00-21:30高分子学科委员会会议上海大华锦绣假日酒店** 锦园会议室3+4 厅 8:30-9:30开幕式红厅（1F）* 9:30-12:10大会报告红厅（1F）*2013.10.1312:10-13:30午餐银厅（1F）* 13:30-17:30分会报告各分会场（4-6F）* 17:30-19:30晚餐银厅（1F）* 8:30-12:00分会报告各分会场（4-6F）* 12:00-13:00午餐银厅（1F）*2013.10.1413:00-15:00墙报展讲（单号）蓝厅外走廊（4F）* 15:00-17:30分会报告各分会场（4-6F）* 17:30-19:30晚餐银厅（1F）* 8:30-12:00分会报告各分会场（4-6F）* 12:00-13:00午餐银厅（1F）*2013.10.1513:00-15:00墙报展讲（双号）蓝厅外走廊（4F）* 15:00-17:30分会报告各分会场（4-6F）* 17:30-19:30晚餐银厅（1F）* 8:30-12:00分会报告各分会场（4-6F）*2013.10.1612:00-13:15午餐银厅（1F）*13:00-15:40大会报告蓝厅（4F）* 15:40-16:30闭幕式蓝厅（4F）*2013.10.13 2013.10.14 2013.10.158:30-18:00 8:30-17:00 8:30-15:302013 先进高分子材料、实验室设备与分析仪器展览会银厅（1F）* 　　*世博中心(上海市浦东新区世博大道1500 号)　　**上海大华锦绣假日酒店(上海市浦东新区锦尊路399 号)　　三、开闭幕式及大会报告详细日程 日期时间内容/编号报告人及单位报告题目主持人地点 8:30-9:30开幕式 朱美芳红厅（1F） 9:30-10:10PL1张希（清华大学）超分子聚合物研究的历史、现状与趋势蒋士成2013.10.1310:10-10:50PL2管治斌（University of California, Irvine, USA）Be strong, tough, adaptive and self-healing: Life lessons applied to polymer designs江明 10:50-11:30PL3李永舫（中国科学院化学研究所）聚合物太阳电池光伏材料和器件曹镛 11:30-12:10PL4丁建东（复旦大学）图案化表面与干细胞分化沈之荃 13:00-13:40PL5刘世勇（中国科学技术大学）响应性聚合物组装体的构筑和功能拓展颜德岳蓝厅（4F） 13:40-14:20PL6吕小兵（大连理工大学）二氧化碳共聚物化学结构的调控策略唐本忠2013.10.1614:20-15:00PL7朱美芳（东华大学）聚合物基功能杂化材料的构筑与应用张俐娜15:00-15:40PL8闫寿科（北京化工大学）异质表面聚合物薄膜的结构与性能郁铭芳15:40-16:30闭幕式 徐坚 附件：2013年全国高分子学术论文报告会程序册(点击下载).pdf

2021年，《高分子学报》邀请到国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写从基本原理出发的高分子现代表征方法综述并上线了虚拟专辑。仪器信息网在获《高分子学报》副主编胡文兵老师授权后，也将上线同名专题并转载专题文章，帮助广大研究生和年轻学者了解、学习并提升高分子表征技术。在此，向胡文兵老师和组织及参与撰写的各位专家学者表示感谢。高分子表征技术专题前言孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”。 我们要做好高分子的科学研究工作，掌握基本的表征方法必不可少。每一位学者在自己的学术成长历程中，都或多或少地有幸获得过学术界前辈在实验表征方法方面的宝贵指导！随着科学技术的高速发展，传统的高分子实验表征方法及其应用也取得了长足的进步。目前，中国的高分子学术论文数已经位居世界领先地位，但国内关于高分子现代表征方法方面的系统知识介绍较为缺乏。为此，《高分子学报》主编张希教授委托副主编王笃金研究员和胡文兵教授，组织系列从基本原理出发的高分子现代表征方法综述，邀请国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写。每篇综述涵盖基本原理、实验技巧和典型应用三个方面，旨在给广大研究生和年轻学者提供做好高分子表征工作所必须掌握的基础知识训练。我们的邀请获得了本领域专家学者的热情反馈和大力支持，借此机会特表感谢！从2021年第3期开始，以上文章将陆续在《高分子学报》发表，并在网站上发布虚拟专辑，以方便大家浏览阅读。期待这一系列的现代表征方法综述能成为高分子科学知识大厦的奠基石，支撑年轻高分子学者的茁壮成长！也期待未来有更多的学术界同行一起加入到这一工作中来。高分子表征技术的发展推动了我国高分子学科的持续进步，为提升我国高分子研究的国际地位作出了贡献. 借此虚拟专辑出版之际，让我们表达对高分子物理和表征学界的老一辈科学家的崇高敬意！ 原文链接：http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304.2020.20248《高分子学报》高分子表征技术专题链接：http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304 石英晶体微天平在高分子研究中的应用袁海洋 1 ,马春风 2 ,刘光明 1 , 张广照 2 , , 1.中国科学技术大学化学物理系 合肥微尺度物质科学国家研究中心 安徽省教育厅表界面化学与能源催化重点实验室　合肥 2300262.华南理工大学材料科学与工程学院　广州 510640作者简介: 刘光明，男，1979年生. 2002年于安徽师范大学获得学士学位，2007年于中国科学技术大学获得博士学位. 2005~2006年，香港科技大学，研究助理；2008~2010年，澳大利亚国立大学，博士后；2010~2011年，中国科学技术大学，特任副教授；2011~2016年，中国科学技术大学，副教授；2016年至今，中国科学技术大学，教授. 获得2011年度中国分析测试协会科学技术奖(CAIA奖)(二等奖)，2013年入选中国科学院青年创新促进会，并于2017年入选为中国科学院青年创新促进会优秀会员. 近年来的研究兴趣主要集中于高分子的离子效应方面 张广照，男，1966年生. 华南理工大学高分子科学与工程系教授. 1987年本科毕业于四川大学高分子材料系，1998年在复旦大学获博士学位. 先后在香港中文大学(1999~2001年)和美国麻省大学(2001~2002年)从事博士后研究. 2002~2010年任中国科学技术大学教授，2010至今在华南理工大学工作. 曾获国家杰出青年基金获得者(2007年)，先后担任科技部重大研究计划项目首席科学家(2012年)，国际海洋材料保护研究常设委员会(COIPM)委员(2017年)，中国材料研究学会高分子材料与工程分会副主任，广东省化学会高分子化学专业委员会主任，《Macromolecules》(2012~2014年)、《ACS Macro Letters》(2012~2014年)、《Macromolecular Chemistry and Physics》、《Chinese Joural of Polymer Science》、《高分子材料科学与工程》编委或顾问编委. 研究方向为高分子溶液与界面物理化学，在大分子构象与相互作用、高分子表征方法学、杂化共聚反应、海洋防污材料方面做出了原创性工作 通讯作者: 刘光明, E-mail: gml@ustc.edu.cn 张广照, E-mail: msgzzhang@scut.edu.cn 摘要: 石英晶体微天平(QCM)作为一种强有力的表征工具已被广泛应用于高分子研究之中. 本文中，作者介绍了QCM的发展简史、基本原理以及实验样品制备方法. 在此基础上，介绍了如何基于带有耗散测量功能的石英晶体微天平(QCM-D)及相关联用技术研究界面接枝高分子构象行为、高分子的离子效应以及高分子海洋防污材料，展示了QCM-D技术在高分子研究中的广阔应用前景. QCM-D可同时检测界面高分子薄膜的质量变化和刚性变化，从而反映其结构变化. 与光谱型椭偏仪联用后，还可同步获取界面高分子薄膜的厚度变化等信息，可以有效解决相关高分子研究中的问题. 希望本文能够对如何利用QCM-D技术开展高分子研究起到一定的启示作用，使这一表征技术能够为高分子研究解决更多问题.关键词: 石英晶体微天平 / 高分子刷 / 聚电解质 / 离子效应 / 海洋防污材料 目录1. 发展简史2. 石英晶体微天平基本原理3. 石英晶体微天平实验样品制备3.1 在振子表面制备化学接枝高分子刷3.2 在振子表面制备物理涂覆高分子膜4. 石英晶体微天平在高分子研究中的应用4.1 界面接枝高分子构象行为4.2 高分子的离子效应4.2.1 高分子的离子特异性效应4.2.2 高分子的离子氢键效应4.2.3 高分子的离子亲/疏水效应4.3 高分子海洋防污材料5. 结语参考文献1. 发展简史1880年，Jacques Curie和Pierre Curie发现Rochelle盐晶体具有压电效应[1 ]. 1921年，Cady利用X切型石英晶体制造出世界上第一个石英晶体振荡器[2 ]. 但是，由于X切型石英晶体受温度影响太大，该切型石英晶体并未被广泛应用. 直到1934年，第一个AT切型石英晶体振荡器被制造出来[3 ]，由于其在室温附近几乎不受温度影响，因而得到广泛应用. 1959年，Sauerbrey建立了有关石英晶体表面质量变化和频率变化的定量关系，即著名的Sauerbrey方程[4 ]，该方程的建立为石英晶体微天平(QCM)技术的推广与应用奠定了坚实基础. 20世纪六七十年代QCM技术主要被应用于检测空气或真空中薄膜的厚度[5 ]. 1982年，Nomura和Okuhara实现了在液相中石英晶体振子的稳定振动，从而开辟了QCM技术在液相环境中的应用[6 ]. 1995年，Kasemo等开发了具有耗散因子测量功能的石英晶体微天平技术(QCM-D)[7 ]，实现了对石英晶体振子表面薄膜的质量变化和结构变化进行同时监测. 近年来，随着科学技术的发展，出现了QCM-D与其他表征技术的联用. 如QCM-D与光谱型椭偏仪联用技术(QCM-D/SE)[8 ]、QCM-D与电化学联用技术[9 ]等，这些联用技术无疑极大地拓展了QCM-D的应用范围，丰富了表征过程中的信息获取量，加深了对相关科学问题的理解. 毋庸置疑，在过去的60年中，QCM技术已取得了长足进步，广泛应用于包括高分子表征在内的不同领域之中[10 ~14 ]，为相关领域的发展作出了重要贡献.2. 石英晶体微天平基本原理对于石英晶体而言，其切形决定了石英晶体振子的振动模式. QCM所使用的AT切石英振子的法线方向与石英晶体z轴的夹角大约为55°[15 ]，其振动是由绕z轴的切应力所产生的绕z轴的切应变激励而成的，为厚度剪切模式，即质点在x方向振动，波沿着y方向传播，该剪切波为横波(图1 )[15 ~17 ].图 1Figure 1. Schematic illustration of a quartz resonator working at the thickness-shear-mode, where the shear wave (red curve) oscillates in the horizontal (x) direction as indicated by the two blue double-sided arrows but propagates in the vertical (y) direction as indicated by the light blue double-sided arrows. The two gold lines represent the two electrodes covered on the two sides of the quartz crystal plate, and the dashed line represents the center line of the quartz crystal plate at the y direction. (Adapted with permission from Ref.[16 ] Copyright (2000) John Wiley & Sons, Inc).当石英振子表面薄膜厚度远小于石英振子厚度时，Sauerbrey建立了AT切石英压电振子在厚度方向上传播的剪切波频率变化(Δf)与石英压电振子表面均匀刚性薄膜单位面积质量变化(Δmf)间的关系，称为Sauerbrey方程[4 ]：其中，ρq为石英晶体的密度，hq为石英振子的厚度，f0为基频，n为泛频数，C = ρqhq/(nf0). Sauerbrey方程为QCM技术的应用奠定了基础. 值得指出的是，此方程一般情况下仅适用于真空或空气中的相关测量.当黏弹性薄膜吸附于石英振子表面时，振子的振动受到其表面吸附层的阻尼作用，因此需要定义一个参数耗散因子(D)来表征石英振子表面薄膜的刚性：其中，Q为品质因数，Es表示储存的能量，Ed表示每周期中消耗的能量. 较小的D值反映振子表面薄膜刚性较大，反之，较大的D值表明振子表面薄膜刚性较小.当QCM用于液相中的相关测量时，Kanazawa和Gordon于1985年建立了石英压电振子频率变化和牛顿流体性质间的关系，即Kanazawa-Gordon方程[18 ]：其中ηl代表液相黏度，ρl为液相密度. 1996年，Rodahl等建立了有关耗散因子变化与牛顿流体性质间关系的方程[19 ]：在液相中，石英振子表面黏弹性薄膜的复数剪切模量(G)可表示为[20 ]：G′代表薄膜的储存模量，G″代表薄膜的耗散模量，μf代表薄膜的弹性模量，ηf代表薄膜的剪切黏度，τf代表薄膜的特征驰豫时间. 因此，石英压电振子的频率变化和耗散因子变化可表示为[20 ]：其中ρf代表薄膜密度，hf代表薄膜厚度.石英压电振子的频率与耗散因子可以通过阻抗谱方法加以测量[16 ]，也可以通过拟合振幅衰减曲线获得[7 ]. 以后者为例，当继电器断开后，由交变电压产生的驱动力会突然消失，石英压电振子的振幅在阻尼作用下会按照下面的方式逐渐衰减[21 ].其中t为时间，A(t)为t时刻的振幅，A0为t=0时的振幅，τ为衰减时间常数，φ为相位，C为常数. 注意此时输出频率(f)并非为石英振子的谐振频率，而是f0和参照频率(fr)之差[21 ]. 通过对石英压电振子振幅衰减曲线的拟合，可以得到f 和τ.耗散因子可以通过如下公式求得[7 ]：3. 石英晶体微天平实验样品制备在QCM-D表征高分子的研究过程中，需要在石英振子表面制备高分子膜，所制备高分子膜的质量对相关实验测量有重要影响. 下面以在石英振子表面制备化学接枝高分子刷和物理涂覆高分子膜为例，介绍相关高分子膜的制备：3.1 在振子表面制备化学接枝高分子刷高分子刷可以通过“grafting to”或“grafting from”方法接枝于石英振子表面. 一般情况下，前者的接枝密度较低，而后者的接枝密度相对较高. 对于金涂层的石英振子而言，巯基和金表面可以生成硫金键，在基于“grafting to”技术制备高分子刷时，可以将含有巯基末端的高分子溶液添加至自制的QCM反应器中. 在该自制的反应器中，石英振子正面接触溶液，利用橡胶圈对石英振子的背面加以密封. 在接枝反应充分完成后，取出振子，利用大量溶剂冲洗振子表面，随后使用氮气吹干振子，即可完成相关高分子刷的制备. 此外，也可以在QCM检测模块中完成利用“grafting to”策略制备高分子刷，此时可实时监测高分子接枝过程中的频率以及耗散因子变化[22 ,23 ].在利用“grafting from”策略在振子表面制备高分子刷时，可采用活性自由基聚合等方法加以实现. 以表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)制备高分子刷为例，首先利用自制的反应器将引发剂接枝于振子表面，然后将振子放置于相应的包括单体的溶液中，并通过SI-ATRP方法在振子表面引发单体聚合，制备高分子刷. 在采用SI-ATRP方法在振子表面制备高分子刷的过程中，除去溶液中溶解的氧气这一步骤非常关键，需要加以特别注意，否则可能会导致制备高分子刷失败. 在反应结束后，需要采取相应的程序进一步纯化振子表面制备的高分子刷. 类似于“grafting to”策略，利用“grafting from”策略在振子表面制备高分子刷也可以在QCM检测模块中完成[24 ~26 ].3.2 在振子表面制备物理涂覆高分子膜以旋涂法在振子表面制备高分子膜过程中，首先将振子放置于旋涂仪上，抽真空使振子固定，将高分子溶液滴在振子表面后，启动旋涂仪，高分子溶液将沿着振子的径向铺展开来. 伴随溶剂的挥发，可在振子表面制备一层物理涂覆的高分子薄膜[27 ,28 ]. 在利用旋涂法制备高分子膜时，溶剂的选择、高分子溶液的浓度以及环境的湿度等都会对振子表面的成膜情况产生影响，需要加以注意.4. 石英晶体微天平在高分子研究中的应用QCM在高分子薄膜研究中得到了广泛应用，已有一些国内外学者对相关方面的研究进展进行了总结. 例如，Du等总结了QCM在聚合物水凝胶薄膜等研究中的应用[29 ]；He等总结了QCM在表面引发聚合反应动力学等研究方面的进展[30 ]；Sun等总结了QCM在生物医用高分子材料中的应用[31 ]；Marx总结了QCM在生物高分子薄膜等研究方面的进展[32 ]. 另一方面，在高分子研究中，QCM-D的测量结果不但与其振子表面的高分子薄膜密切相关，也与QCM-D检测模块中高分子溶液的非牛顿流体行为有关，例如，Munro和Frank研究了聚丙烯酰胺分子量及溶液浓度对其在QCM-D振子表面吸附的影响[33 ]；为了阐明大分子溶液非牛顿流体行为对QCM-D振子表面与大分子间相互作用的影响，Choi等研究了QCM-D特征参数S2对聚乙二醇溶液浓度的依赖性[34 ]；更多相关方面的研究可参阅有关文献，在此不作详细讨论. 本文将以作者的相关高分子研究工作为例，介绍QCM-D在界面接枝高分子构象行为、高分子的离子效应以及高分子海洋防污材料研究中的应用，进一步展示QCM-D在高分子研究中的广阔应用前景.4.1 界面接枝高分子构象行为众所周知，界面接枝高分子的构象行为对界面性质至关重要[35 ]. 然而，对界面接枝高分子的构象行为进行实时原位表征一直面临许多挑战. 研究界面接枝高分子的构象行为，首先需要理解高分子在界面接枝过程中的构象变化. 在低接枝密度下，由于链间距离大于链本身的尺寸，链间不发生交叠，此时，根据高分子链节与界面间相互作用的强弱，高分子会形成“煎饼”状构象(pancake)或“蘑菇”状构象(mushroom)[36 ]. 具体而言，如果高分子链节与固体表面间相互作用强时，接枝高分子会形成“煎饼”状构象；若高分子链节与固体表面间无明显相互作用时，接枝高分子则形成“蘑菇”状构象[36 ]. 随着接枝密度增加，当接枝高分子链间距离小于其本身尺寸时，由于链间排斥作用，接枝高分子链会形成“刷”(brush)状构象[36 ]. 因此，随着接枝密度增加，接枝高分子将展现出pancake-to-brush或mushroom-to-brush转变. 利用QCM-D研究相关高分子接枝过程中的构象变化，对于理解高分子刷的形成机理十分重要.图2(a) 为巯基末端聚(N-异丙基丙烯酰胺) (HS-PNIPAM)在金涂层石英振子表面接枝所引起的频率变化情况[23 ]. 很明显，接枝过程经历了3个不同的动力学阶段. 在区域Ι阶段，Δf 快速下降，表明HS-PNIPAM链快速接枝到振子表面. 在区域ΙΙ阶段，Δf 缓慢下降，说明已接枝高分子链阻碍HS-PNIPAM链的进一步接枝，因而接枝速率变慢. 在区域ΙΙΙ阶段，Δf 再次出现相对快速的下降，表明已接枝的HS-PNIPAM链进行构象调整，从而使得后续的HS-PNIPAM链能够继续进行接枝反应. 对于HS-PNIPAM接枝过程中的耗散因子变化情况而言(图2(b) )[23 ]，在区域Ι阶段，ΔD快速上升；在区域ΙΙ阶段，ΔD缓慢增加；在区域ΙΙΙ阶段，ΔD相对快速增加. 显然，ΔD与Δf 变化的快慢趋势相一致，反映类似的HS-PNIPAM链在振子表面的接枝过程.图 2Figure 2. (a) Frequency shift (Δf) and (b) dissipation shift (ΔD) of the gold-coated quartz resonator immersed in a HS-PNIPAM solution as a function of time (c) ΔD versus −Δf relation for the grafting of HS-PNIPAM to the surface of the gold-coated quartz resonator (Adapted with permission from Ref.[23 ] Copyright (2005) American Chemical Society) (d) Schematic illustration of the pancake-to-brush transition for the grafting of HS-PNIPAM to the surface of the gold-coated quartz resonator (Adapted with permission from Ref.[37 ] Copyright (2015) Science Press).然而，HS-PNIPAM链在振子表面接枝过程中Δf 与ΔD间的关系只包含2个不同的过程(图2(c) )[23 ]. 在区域Ι和ΙΙ阶段，随着−Δf 的增加，ΔD缓慢增加，−Δf与ΔD间关系相似，表明在这两个阶段中接枝HS-PNIPAM链的构象接近，即，由于HS-PNIPAM链节与金表面间有较强的吸引作用，HS-PNIPAM链在区域I阶段形成“煎饼”状构象；随着接枝密度增加，其在区域II阶段转变成“蘑菇”状构象. 在区域ΙΙΙ阶段，ΔD随着−Δf 的增加快速增加，说明接枝HS-PNIPAM链变得越来越伸展，即形成了高分子刷构象. 图2(d) 展示了从区域I到区域III阶段，接枝HS-PNIPAM链的构象转变过程[37 ]. 同样，如果高分子链节与固体表面间无明显吸引作用时，随着接枝密度的增加，接枝高分子链将展现从无规“蘑菇”状构象到有序“蘑菇”状构象，再到“刷”状构象的转变[22 ].另一方面，PNIPAM为典型的热敏型高分子，其在水中具有最低临界溶解温度(LCST，约为32 °C). 在温度低于LCST时，溶液中自由的PNIPAM链呈无规线团状(coil)，但当温度高于LCST时，PNIPAM链塌缩成小球状(globule)，且coil到globule转变是不连续的. 与溶液中自由的PNIPAM链相比，由于空间受限效应，界面接枝PNIPAM链将展现出不同的热敏性构象行为. Zhang和Liu利用QCM-D研究了界面接枝PNIPAM随温度的变化情况[38 ,39 ]. 如上所述，PNIPAM链可以通过“grafting to”或“grafting from”策略接枝到振子表面，前者可以形成接枝密度较低的“蘑菇”状构象，而后者则可以形成接枝密度较高的“刷”状构象.图3(a) 为利用“grafting to”策略将PNIPAM链接枝到振子表面形成“蘑菇”状构象后，频率随温度的变化情况[38 ]. 在加热过程中，−Δf 随着温度增加逐渐降低，表明接枝PNIPAM链发生了去水化. 在降温过程中，−Δf 随着温度降低逐渐增加，表明接枝PNIPAM链的水化程度再次增加. 最终，−Δf 能够回到原点，说明降低温度可以使得接枝PNIPAM链从高温时的弱水化状态回到低温时的强水化状态. 图3(b) 为振子表面接枝PNIPAM链形成“蘑菇”状构象后，耗散因子随温度的变化情况[38 ]. 在升温过程中，ΔD随着温度增加而减小，表明升温导致接枝PNIPAM塌缩成更加致密刚性的薄膜. 在降温过程中，ΔD随着温度降低而增大，表明降温使得塌缩的PNIPAM逐渐溶胀成更加蓬松柔性的薄膜. 另一方面，在图3(c) 中，Δf与ΔD成线性关系，表明随着温度变化，接枝PNIPAM链的伸展/塌缩与其水化/去水化间的协同性强[40 ].图 3Figure 3. Temperature dependence of the shifts in frequency (Δf) (a) and dissipation (ΔD) (b) of the PNIPAM mushroom. (Reprinted with permission from Ref.[38 ] Copyright (2004) American Chemical Society) (c) ΔD versus −Δf relation of the PNIPAM mushroom (Reprinted with permission from Ref.[40 ] Copyright (2009) John Wiley & Sons, Inc.) Temperature dependence of the shifts in frequency (Δf) (d) and dissipation (ΔD) (e) of the PNIPAM brush (f) ΔD versus −Δf relation of the PNIPAM brush (Reprinted with permission from Ref.[39 ] Copyright (2005) American Chemical Society).利用“grafting from”策略将PNIPAM链接枝到振子表面形成“刷”状构象后，其频率和耗散因子随温度的变化情况示于图3(d) ~ 3(f) 中[39 ]. 在图3(d) 中，−Δf 随着温度增加而降低，表明PNIPAM刷在升温过程中发生了去水化；−Δf 随着温度降低而增加，表明PNIPAM刷的水化程度在降温过程中再次增加. 在图3(e) 中，ΔD随着升温而减小，表明加热使得PNIPAM刷塌缩成更加致密刚性的结构；在降温过程中，ΔD逐渐增加，表明降温使得塌缩的PNIPAM刷溶胀为更加蓬松柔性的结构. 与图3(b) 不同的是，在图3(e) 中，降温过程中的ΔD比升温过程中同一温度下的值要大，这是降温过程中在PNIPAM刷外围形成“尾”(tail)状结构造成的[39 ]. 另外，在图3(f) 中，Δf与ΔD的关系也与图3(c) 中的不同，PNIPAM刷在升温过程中展现出3个过程，从A到B，ΔD随着−Δf 的减小而降低，表明在此过程中PNIPAM刷的塌缩和去水化协同性较强；从B到C，ΔD随着−Δf 的减小而轻微地降低，表明在此过程中立体位阻效应使得PNIPAM刷在去水化的同时只有轻微塌缩发生，即PNIPAM刷的塌缩和去水化协同性较差；从C到D，ΔD随着−Δf 的减小而再次降低，表明在此过程中PNIPAM刷克服立体位阻，在去水化的同时伴随进一步塌缩. 在降温过程中，可以观察到2个过程，从D到E，ΔD随着−Δf的增加而显著增大，表明PNIPAM刷开始溶胀时在其外围形成了蓬松的“尾”状构象；从E到F，ΔD随着−Δf的增加而逐渐增大，表明降温导致PNIPAM刷的进一步水化和溶胀. 此外，QCM-D还可应用于表征界面接枝带电高分子的响应性构象行为，如pH响应性[41 ]、盐浓度响应性[42 ]等.4.2 高分子的离子效应高分子的离子效应是理解高分子物理化学基本原理的重要基础，并在生物、环境以及能源等领域中扮演着重要角色. 然而，经典德拜-休克尔理论中所运用的一些假设，例如，仅考虑离子的静电相互作用，忽略离子-溶剂间相互作用，以及认为正负离子间的静电吸引能小于其热运动能量等，使得该理论难以全面正确理解高分子体系中除离子强度效应以外的其他离子效应. 相比于一些传统的研究高分子溶液的表征技术(如激光光散射等)，利用QCM-D研究界面高分子体系中的离子效应，可以有效避免如带电高分子相分离等不利因素，从而可以更加全面清晰地解析高分子的离子效应. 此外，将QCM-D与其他界面表征技术联用，可以从不同角度表征高分子的离子效应，加深对相关离子效应作用机理的理解. 在本节中，我们将以离子特异性效应、离子氢键效应以及离子亲/疏水效应为例，介绍如何基于QCM-D/SE联用技术研究高分子的离子效应.4.2.1 高分子的离子特异性效应由于离子普遍存在于不同体系之中，自1888年捷克科学家Hofmeister首次发现离子特异性效应以来[43 ]，其已引起了包括高分子在内的不同领域科学家的广泛兴趣[44 ~50 ]. 为了阐明离子特异性效应的相关机理，Collins基于离子水化程度不同，提出了经验性的离子水化匹配模型，即阴阳离子水化程度相近时可以形成紧密离子对，反之，则难以形成紧密离子对[51 ]. 相对于离子水化匹配模型主要用于理解水溶液中带电体系的离子特异性效应，Ninham等提出的离子色散力理论则可以用于理解几乎所有体系的离子特异性效应，即离子尺寸不同，极化能力各异，导致特异性的离子色散相互作用[52 ].对于高分子体系而言，阐明离子特异性作用机理，是理解高分子体系离子特异性效应的关键所在. Kou等以阳离子型聚(甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)(PMETAC)刷为模型体系，利用QCM-D/SE联用技术研究了强聚电解质刷的离子特异性效应(图4 )[53 ]. 在图4(a) 中，对于同一盐浓度而言，Δf 的变化呈现“V”型的阴离子序列SO42−HPO42−CH3COO−Cl−Br−NO3−I−SCN−，这与经典的Hofmeister离子序列不一致. 在“V”型序列的右边主要为“结构破坏型”阴离子，从CH3COO−变化至SCN−，Δf 依次增加，说明PMETAC刷的水化程度依次降低. 一方面，阳离子型季铵基团为弱水化基团[54 ~56 ]；另一方面，从CH3COO−变化至SCN−，阴离子的水化程度依次降低[54 ~56 ]. 依据水化匹配模型[51 ]，季铵基团与阴离子间的“离子对”相互作用强度从CH3COO−到SCN−依次增强，导致PMETAC刷的水化程度依次降低. 同样，基于离子色散力理论[52 ]，也可以得到类似的结论. 因此，上述研究结果表明，对于“结构破坏型”阴离子而言，PMETAC刷的离子特异性效应由直接的“离子对”相互作用主导. 在“V”型序列的左边为“结构构造型”阴离子，从CH3COO−变化至SO42−，Δf 依次增加，同样说明PMETAC刷的水化程度依次降低. 然而，阴离子的水化程度从CH3COO−到SO42−依次增强. 显然，对于“结构构造型”阴离子而言，PMETAC刷的离子特异性效应无法基于水化匹配模型加以理解. 实际上，Δf 随离子种类的变化情况表明，对于“结构构造型”阴离子而言，PMETAC刷的离子特异性效应由阴离子对强聚电解质刷水化层中水分子的争夺作用主导. 类似地，ΔD (图4(b) )和湿态厚度(图4(c) )随离子种类的变化情况再次从不同角度说明了“结构破坏型”和“结构构造型”阴离子分别以不同方式与PMETAC刷进行特异性相互作用. PMETAC刷的离子特异性效应作用机理展示在图4(d) 中. 基于同样原理，QCM-D/SE联用技术还可应用于研究弱聚电解质刷[57 ]以及聚两性离子刷体系的离子特异性效应[58 ].图 4Figure 4. (a) Salt concentration dependence of (a) the frequency shift (Δf), (b) the dissipation shift (ΔD), (c) the wet thickness of the PMETAC brush in the presence of different types of anions with Na+ as the common cation. In parts (a), (b), and (c), salt concentration: 0.001 mol/L (open symbol), 0.01 mol/L (half up-filled symbol), 0.1 mol/L (half right-filled symbol), and 0.5 mol/L (filled symbol) (d) Schematic illustration of the specific interactions between the PMETAC brush and the different types of anions (Reprinted with permission from Ref.[53 ] Copyright (2015) American Chemical Society).4.2.2 高分子的离子氢键效应在带电高分子体系，当抗衡离子具有氢键供体或受体时，其既可以与高分子链上的电荷基团产生静电吸引作用，也可以与高分子链上的氢键受体或供体发生氢键相互作用，从而对带电高分子的性质产生重要影响，此种由带电高分子体系抗衡离子产生的氢键效应被定义为高分子的离子氢键效应[59 ]. 以强聚电解质刷为例，由于强聚电解质的电离度与pH无关，因此，传统观念上认为强聚电解刷无pH响应性. 但如果从离子氢键效应的角度出发，氢氧根离子(OH−)和水合氢离子(H3O+)不但可以通过“抗衡离子凝聚”吸附到接枝强聚电解质链上[60 ]，同时也可以和接枝强聚电解质链发生氢键作用. 当溶液pH发生改变时，在保持溶液离子总浓度不变的情况下，OH−和H3O+的浓度会发生变化，导致抗衡离子与强聚电解质刷的氢键相互作用发生改变，从而使得强聚电解质刷产生pH响应性[61 ,62 ].如图5(a) 所示，PMETAC刷的Δf 随着pH的增大而增加，反之亦然. 同时，PMETAC刷的ΔD随着pH的增大而减小，反之亦然. 因此，PMETAC刷的水化程度和刚性对pH有明显的依赖性. 但是，图5(b) 表明PMETAC刷的表面电荷密度(σ)以及湿态厚度(dwet)与pH无关，因此，pH引起的PMETAC刷的水化程度和刚性变化并非由强聚电解质刷的电离度变化或塌缩/溶胀引起的. 事实上，PMETAC刷的pH响应性是由OH−产生的抗衡离子氢键效应导致的(图5(c) ). 具体而言，随着pH增大，更多的OH−离子通过“抗衡离子凝聚”方式吸附在接枝PMETAC链上，并与接枝链上的羰基产生氢键作用，从而削弱了PMETAC刷与其周围水分子间的作用，降低其水化程度，导致Δf 增加. 同时，随着pH增大，接枝链间的氢键作用使得PMETAC刷产生物理交联，即其结构变得更加刚性，导致ΔD减小. 与阳离子型PMETAC刷类似，H3O+产生的抗衡离子氢键效应使得阴离子型聚(3-(甲基丙烯酰氧基)丙磺酸钾)刷具有pH响应性[61 ].图 5Figure 5. (a) Shifts in frequency (Δf) and dissipation (ΔD) of the PMETAC brush as a function of pH (b) Changes in surface charge density (σ) and wet thickness (dwet) of the PMETAC brush as a function of pH (c) Schematic illustration of the pH response of the PMETAC brush induced by the hydrogen bond effect generated by the hydroxide counterions (Reprinted with permission from Ref.[61 ] Copyright (2016) American Association for the Advancement of Science).为了验证带电高分子体系中抗衡离子氢键效应具有普适性，Zhang等将研究体系拓展至弱聚电解质刷以及OH−和H3O+以外的其他种类离子[63 ]. 从图6(a) 可知，CH3SO3−无法和PMETAC发生氢键作用，但是HOCH2SO3−上的羟基却可以和PMETAC链上的羰基形成氢键. 类似地，在图6(b) 中，Na+无法与聚甲基丙烯酸钠(PMANa)发生氢键作用，但是胍离子(Gdm+)上的胺基却可以和PMANa链上的羰基形成氢键. 在图6(c) 中，随着CH3SO3−-HOCH2SO3−混合抗衡离子中HOCH2SO3−摩尔分数(x)的增加，Δf 逐渐增大而ΔD逐渐减小，表明HOCH2SO3−产生的离子氢键效应导致PMETAC刷发生去水化，且PMETAC刷的结构变得更加刚性. 在图6(d) 中，随着x的增加，PMETAC刷的dwet逐渐减小，表明HOCH2SO3−产生的离子氢键效应导致PMETAC刷逐渐塌缩.图 6Figure 6. (a) The HOCH2SO3− counter anions with the hydroxide group can form hydrogen bonds with PMETAC, whereas no hydrogen bonds can be formed between the CH3SO3− counter anions and PMETAC (b) The guanidinium+ counter cations with the amino groups can form hydrogen bonds with PMANa, whereas no hydrogen bonds can be formed between the Na+ counter cations and PMANa (c) Shifts in Δf (filled symbol) and ΔD (open symbol), and (d) shift in dwet of the PMETAC brush as a function of x of the counterion mixtures of CH3SO3− and HOCH2SO3− at a concentration of 0.05 mol/L with Na+ as the common cation (e) Shifts in Δf (filled symbol) and ΔD (open symbol), and (f) shift in dwet of the PMANa brush as a function of pH in the presence of 0.05 mol/L Na+ or guanidinium+ with Cl− as the common anion (Adapted with permission from Ref.[63 ] Copyright (2020) The Royal Society of Chemistry).与强聚电解质刷类似，抗衡离子氢键效应同样存在于弱聚电解质刷体系中. 图6(e) 和6(f) 中，在0.05 mol/L NaCl存在下，PMANa刷的Δf、ΔD以及dwet随pH的变化情况与传统弱聚电解质刷的pH响应性完全一致，即此时PMANa刷的pH响应性由接枝链的电离度随pH变化决定的. 然而，在0.05 mol/L GdmCl存在下，PMANa刷所表现出的pH响应性与0.05 mol/L NaCl存在下的情况截然不同. 当pH从2.0增加到4.5，PMANa刷的Δf 和ΔD分别增加和减小，同时，PMANa刷的dwet逐渐减小，表明PMANa刷的水化程度逐渐降低，其结构变得更加刚性，并伴随着塌缩发生. 显然，这与0.05 mol/L NaCl存在下在该pH区间中PMANa刷的变化情况完全相反. 然而，这可以基于离子氢键效应加以理解. 当pH从2.0增加至4.5时，接枝PMANa链的电离度增加，导致更多的Gdm+离子通过“抗衡离子凝聚”吸附于带负电荷的羧酸根基团上，从而在PMANa刷中形成更多的抗衡离子氢键，削弱了PMANa刷与周围水分子间的相互作用，使PMANa刷变得更加刚性，并导致其塌缩. 在pH 4.5至10.0区间中，0.05 mol/L GdmCl存在下PMANa刷的pH响应性与0.05 mol/L NaCl存在下的情况类似.4.2.3 高分子的离子亲/疏水效应当电荷基团与具有不同亲/疏水性质的有机基团相连接时，形成的有机离子具有不同的亲/疏水性质. 将这些离子引入聚电解质体系作为抗衡离子，可实现利用抗衡离子控制聚电解质的亲/疏水性质，从而调控其温敏性[64 ]. 然而，与聚电解质稀溶液相比，聚电解质刷内部环境较为拥挤. 因此，聚电解质刷的温敏性不但依赖于其抗衡离子的亲/疏水性，而且与抗衡离子的尺寸大小有关. 为了澄清抗衡离子的亲/疏水性质和尺寸大小与聚电解质刷温敏性间的关系，Cai等以聚苯乙烯磺酸钠(PSSNa)为基础，基于离子交换策略制备了具有不同抗衡离子的聚电解质刷(图7(a) )，并利用QCM-D/SE联用技术研究了不同聚电解质刷的温度响应性(图7(b) ~7(g) )[65 ].图 7Figure 7. (a) Schematic illustration of the preparation of PSSP444m brushes from the PSSNa brush through a counterion exchange strategy, where P444m+ represents the hydrophobic tetraalkylphosphonium counterion (b) Shift in frequency (Δf ), (c) shift in dissipation (ΔD) and (d) change in wet thickness (Δdwet) for both the PSSNa and the PSSP444m brushes as a function of temperature (e) Temperature dependence of ∆f of the PSSNa/P4448 brushes as a function of the molar fraction of the P4448+ counterion (x). (f) Temperature dependence of ∆D of the PSSNa/P4448 brushes as a function of the molar fraction of the P4448+ counterion (x). (g) Change in wet thickness (∆dwet) of the PSSNa/P4448 brushes as a function of the molar fraction of the P4448+ counterion (x). (Adapted with permission from Ref.[65 ] Copyright (2019) American Chemical Society).在图7(b) 和7(c) 中，随着温度增加，PSSNa刷的Δf和ΔD基本保持不变，表明PSSNa刷无明显温度响应性，这是PSSNa的强亲水性导致的. 当Na+被P4442+取代后，P4442+的疏水性仍不足以使PSSP4442刷表现出明显的温敏性. 当使用更加疏水的P4444+取代Na+时，PSSP4444刷仅表现出较弱的温敏性. 进一步增加抗衡离子的疏水性制备得到的PSSP4446刷表现出明显的温敏性，即随着温度增加，Δf 和ΔD分别明显地增加和减小，说明升温可以导致PSSP4446刷去水化以及变得更加刚性. 此外，PSSP4446刷的温敏性具有较好的可逆性. 然而，继续增加抗衡离子的疏水性，制备得到的PSSP4448刷再次失去温敏性，这是P4448+过度疏水造成的. 另一方面，在图7(d) 中，包括PSSP4446刷在内的所有聚电解质刷的Δdwet都没有明显的温度依赖性. 对于PSSP4446刷而言，其水化和刚性表现出明显的温度依赖性，但由于其抗衡离子尺寸较大，在聚电解质刷内部产生的位阻效应较大，阻碍了PSSP4446刷随温度升高而塌缩. 这不利于温敏型聚电解质刷的应用，如“纳米阀门”[66 ]. 考虑到大尺寸的P4448+抗衡离子可以将强疏水性引入强聚电解质刷，而小尺寸的Na+抗衡离子可以使强聚电解质刷内部产生一定的自由空间，Cai等利用Na+和P4448+混合抗衡离子制备PSSNa/P4448刷，并在P4448+摩尔分数(x)为 ~72%时，实现了强聚电解质刷水化、刚性以及湿态厚度明显的温度响应性(图7(e) ~7(g) )[65 ].4.3 高分子海洋防污材料海洋微生物、动植物在海洋设施表面的黏附、生长形成海洋生物污损，给海洋工业和海洋开发带来严重影响. 由于海洋环境的复杂性和污损生物的多样性，海洋防污是一个全球性的难题. 如何快速、高通量筛选防污材料对解决这一问题十分关键. QCM-D技术可被用于快速筛选和评价防污材料的降解、抗蛋白吸附、自更新性能以及服役与失效行为. Ma等制备了具有优异力学性能的含聚乙二醇(PEG)和两性离子聚合物侧链的聚氨酯材料，利用QCM-D检测其抗蛋白吸附能力，从而在较短的时间尺度内(数小时)快速评价污损生物在涂层表面的吸附和相互作用[67 ]. QCM-D检测表明，该材料虽然具有优异的室内抗污性能，但在实海中浸泡12周后失去防污能力. 原因是涂层表面吸附海泥等物质导致其表面性能发生根本性变化，从原来的抗污变为亲污.基于上述认识，Ma等提出了“动态表面防污”的概念，设计了在海洋环境下能够降解的聚甲基丙烯酸甲酯-聚碳酸乙烯酯(PMMA-PEOC)材料(图8(a) )[68 ]. QCM-D测试表明，随着时间增加，Δf 增大而ΔD不断减小，说明涂层的质量或厚度减小，即涂层在海水作用下不断降解(图8(b) ). 对于4种涂层，其降解均为线性，即涂层厚度随时间均匀下降. 另外，随着PEOC含量增加，Δf 和ΔD变化加快，即降解速率变大. 实海挂板实验表明(图8(c) )，该材料(未加任何防污剂)涂覆的挂板3个月内未有任何海洋生物黏附，即材料具有优异的防污性能. 显然，随着降解速率增加，防污性能提高. 这证明了动态表面防污概念的可行性，即涂料通过表面的不断更新，使海洋微生物无法着陆、黏附，从而达到防污的目的. 因此，QCM技术和海洋实验的评估周期虽然不同，但结论基本一致.图 8Figure 8. Structural formula of PMMA-co-PEOCA (a), time dependence of the shifts in frequency (Δf) and dissipation (ΔD) for the hydrolytic degradation of the coatings in artificial sea water at 25 °C (b), and images of panels coated with P(MMA-co-PEOCA63) in marine field test (c) (Reprinted with permission from Ref.[68 ] Copyright (2012) Springer Nature).Ma等制备了软段为乙交酯(GA)和己内酯(CL)共聚物的聚氨酯(图9(a) )[69 ]，其力学性能优异. 利用QCM-D对其短时间降解行为的研究表明，随着时间增加，涂层的Δf 变大，说明涂层在酶的作用下发生降解(图9(b) ). 该材料的短期(几个小时内)降解是非线性的，且随着可降解链段的含量增大，降解速率变大，即涂层的表面更新速率变大. 另一方面，质量损失法也表明，该材料的降解在初期呈非线性，在更大时间尺度上(10天以上)降解是线性的. 2种方法都表明，适度引入GA可提高降解速率. 实际上2种评价方法所得的结果是一致的，只是观察其服役与失效的时间尺度不同. 实海挂板实验表明(图9(c) )，随着降解速率的提高，海洋微生物的黏附越来越少. 即随着降解速率的增加，防污性能提高. 当材料中加入适量有机防污剂(PCL-PU/DCOIT)后，效果达到最佳. 总之，实海实验结果与QCM-D的结果吻合.图 9Figure 9. Structural formula of P(CL-GA) polyurethane (a), time dependence of the frequency shift (Δf) for the enzymatic degradation of the coatings in artificial sea water at 25 °C (b), and images of panels coated with the polyurethane in marine field test (c) (Reprinted with permission from Ref.[69 ] Copyright (2013) The Royal Society of Chemistry).Xu等研制了主链降解-侧基水解型聚氨酯，即其主链含聚己内酯(PCL)而侧基中含有可水解的丙烯酸三异丙基硅烷酯(TIPSA)(图10(a) )[27 ]. QCM-D的研究结果表明，在短时间内(依照样品不同，从1 h到2天不等)，涂层在海水中的降解近似线性，且随TIPSA含量增加降解速率增加(图10(b) ). 实海挂板实验表明(图10(c) )，以该材料涂覆的挂板，随着降解速率增加(由PU-S0至PU-S40)，海洋生物黏附越来越少，即防污性能越来越好. 可见，QCM-D结果与实海实验结果一致. 以上几个研究表明，对于多数材料而言，通过QCM-D对防污材料在实验室进行初步筛选的结果，与较长时间(3个月)的质量损失测试和更长时间(1年以上)的海洋挂板实验结果基本一致，这为利用QCM-D快速筛选高分子海洋防污材料提供了依据.图 10Figure 10. Structural formula of polyurethane with degradable main chain and hydrolyzable side chains (a), time dependence of the frequency shift (Δf) for the enzymatic degradation of the coatings in artificial sea water at 25 °C (b), and images of panels coated with the polyurethane after 3 months of immersion in seawater (c) (Reprinted with permission from Ref.[27 ] Copyright (2014) American Chemical Society).5. 结语本文介绍了QCM的发展简史、基本原理、实验样品制备以及其在高分子研究中的应用. QCM技术经历了六十余年的发展，从最初仅应用于真空或空气中薄膜微观质量的测量，逐步发展到应用于溶液中的测量. 上世纪末，QCM-D被成功研制，进一步促进了QCM技术在相关领域中的应用. 进入新世纪后，QCM-D技术与其他表征技术的联用得到了较快的发展，这些联用表征技术极大地拓展了QCM-D的研究领域，丰富了表征信息，加深了对相关科学问题的认知. 对于高分子研究而言，毋庸置疑，QCM-D是一个非常有力的表征工具. 当然，QCM-D在高分子研究中的应用不仅仅局限于本文讨论的几个方面，作者希望本文能起到抛砖引玉的作用，使得这一表征技术能够为解决高分子领域中的问题发挥更大作用.参考文献[1]Curie J, Curie P. Bull Soc Min Fr, 1880, 3(4): 90−93[2]Cady W G. Proc IRE, 1922, 10(2): 83−114 doi: 10.1109/JRPROC.1922.219800 [3]Lack F R, Willard G W, Fair I E. 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截至2020年，全球共有76个多肽类药物被批准上市，7000多个活性多肽被发现，约150个多肽药物进入临床试验，在过去20多年中，平均每年被批准的多肽药物约3个。微球、脂质体、聚乙二醇（PEG）修饰等方法的深入应用解决了多肽药物稳定性差、体内易降解、半衰期短等成药性差的问题，促进了多肽药物的开发利用。多肽药物药效广泛，临床上以慢性病治疗为主，例如罕见病、肿瘤、糖尿病、胃肠道、骨科、免疫、心血管疾病等。国内外药典将合成多肽类药物列入化药的范畴进行杂质的控制。欧洲药典规定合成多肽含量在0.5%以上的相关杂质需进行定性分析，对含量在1%以上的相关杂质进行定量分析并考察其毒副作用。2007年国家食品药品监督管理局发布了《合成多肽药物药学研究技术指导原则》，指出合成多肽原料药中工艺杂质的来源和一般化学药物有所不同，其可能的工艺杂质如：缺失肽、断裂肽、去酰胺多肽、氨基酸侧链的不完全脱保护所形成的副产物、氧化肽、二硫键交换的产物、非对映异构的多肽、低聚物和/或聚合物及合成中所用的毒性试剂和溶剂等。 多肽含有二硫键、裸露的氨基和羧基，容易因分子间二硫键或氨基羧基间脱水形成共价聚合物。共价键形成的聚合物杂质可能存在较大免疫原性风险，在多肽类药物制剂质量研究和新药申报中应予以重点关注。质谱分析、氨基酸组成分析和氨基酸序列测定是合成多肽药物及杂质结构确证最常用的技术手段。 岛津解决方案 ● 分析仪器岛津液相系统Nexera LC-40 +高分辨质谱仪LCMS-9030 ● 分析条件流动相为水：乙腈：TFA=60:40:0.2流速：0.5 mL/min等度洗脱柱温：25℃质谱：离子源：ESI（+）扫描范围：m/z 100 ~5000 多肽药物应用案例一STN聚合物杂质结构鉴定图1. 注射用STN破坏样品HPLC色谱图（UV 210 nm）图2. STN聚合物杂质可能的聚合方式 通过STN聚合物杂质精确质量数预测其分子式，结合多肽的质谱峰归属对STN聚合物杂质进行结构推测（如图2）。STN结构中含有一对二硫键，综合判断其聚合位点为分子间二硫键。 多肽药物应用案例二TJN聚合物杂质结构鉴定图3. 注射用TJN破坏样品HPLC色谱图（UV 214 nm） 图4. TJN聚合物杂质MS2质谱图 使用岛津精确分子式预测工具Formula Predictor对TJN聚合物杂质进行分子式预测，其分子式预测结果恰好相当于两分子TJN脱水，因此推测其聚合位点为两分子TJN的氨基端和羧基端缩合生成肽键。TJN为20肽，其游离氨基端为苯丙氨酸，游离羧基端为亮氨酸。结合TJN二聚体的推定氨基酸序列进行二级质谱碎片归属，TJN聚合物MS2质谱图中识别出多种特征碎片。特别是y19和b21碎片的存在证明聚合位点为亮氨酸（L）和苯丙氨酸（F）缩合而成的肽键。 结论随着我国成为国际人用药品注册技术协调会（ICH）成员国，药品的技术标准逐步与国际接轨。同时随着我国药品一致性评价工作的全面开展，合成多肽药物杂质结构鉴定将面临巨大的技术挑战。岛津公司采用尺寸排阻色谱法建立合成多肽药物的聚合物分析方法，并通过高分辨质谱LCMS-9030测定聚合物的准确质量数推测其分子式，同时结合MS/MS特征碎片推测聚合物杂质的结构。本文展示LCMS-9030在多肽药物的两种主要聚合方式（二硫键和肽键）鉴定中的应用。岛津液相色谱四极杆飞行时间串联质谱LCMS-9030具有高质量准确度，高分辨率的性能优势，是合成多肽药物杂质一级结构鉴定的强有力工具。 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

2021年，《高分子学报》邀请了国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写从基本原理出发的高分子现代表征方法综述并上线了虚拟专辑。仪器信息网在获《高分子学报》副主编胡文兵老师授权后，也将上线同名专题并转载专题文章，帮助广大研究生和年轻学者了解、学习并提升高分子表征技术。在此，向胡文兵老师和组织及参与撰写的各位专家学者表示感谢。更多专题内容详见：高分子表征技术专题高分子表征技术专题前言孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”。我们要做好高分子的科学研究工作，掌握基本的表征方法必不可少。每一位学者在自己的学术成长历程中，都或多或少地有幸获得过学术界前辈在实验表征方法方面的宝贵指导！随着科学技术的高速发展，传统的高分子实验表征方法及其应用也取得了长足的进步。目前，中国的高分子学术论文数已经位居世界领先地位，但国内关于高分子现代表征方法方面的系统知识介绍较为缺乏。为此，《高分子学报》主编张希教授委托副主编王笃金研究员和胡文兵教授，组织系列从基本原理出发的高分子现代表征方法综述，邀请国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写。每篇综述涵盖基本原理、实验技巧和典型应用三个方面，旨在给广大研究生和年轻学者提供做好高分子表征工作所必须掌握的基础知识训练。我们的邀请获得了本领域专家学者的热情反馈和大力支持，借此机会特表感谢！从2021年第3期开始，以上文章将陆续在《高分子学报》发表，并在网站上发布虚拟专辑，以方便大家浏览阅读.期待这一系列的现代表征方法综述能成为高分子科学知识大厦的奠基石，支撑年轻高分子学者的茁壮成长！也期待未来有更多的学术界同行一起加入到这一工作中来.高分子表征技术的发展推动了我国高分子学科的持续进步，为提升我国高分子研究的国际地位作出了贡献.借此虚拟专辑出版之际，让我们表达对高分子物理和表征学界的老一辈科学家的崇高敬意！热重分析技术及其在高分子表征中的应用ThermogravimetricAnalysisTechnologyandItsApplicationinPolymerCharacterization作者：谢启源，陈丹丹，丁延伟*作者机构：中国科学技术大学，火灾科学国家重点实验室,合肥,230026 中国科学技术大学，合肥微尺度物质科学国家研究中心,合肥,230026　　作者简介：　　丁延伟，男，1975年生.博士、中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心教授级高级工程师.自2002年开始从事热分析与吸附技术的分析测试、实验方法研究等工作，现任中国化学会化学热力学与热分析专业委员会委员、全国教育装备标准化委员会化学分委会委员、中国分析测试协会青年学术委员会委员.曾获中国分析测试协会科学技术奖(CAIA奖)二等奖，主持修订教育行业标准《热分析方法通则》(JY/T0589.1~4-2020)，以主要作者发表SCI论文30余篇，获授权专利7项.编著《热分析基础》《热分析实验方案设计与曲线解析概论》.　　　　摘要　　热重分析技术(TGA)是在程序控制温度和设定气氛下表征材料受热过程中的质量随温度或时间变化的高精度研究工具，具有重复性好、灵敏度高和热过程控制精准等优点.近年来，TGA技术在高分子材料领域得到了广泛应用，促进了高分子材料热稳定性、组成分析以及热分解机理等材料细观热响应特性的深入研究.本文分别从热重分析基本原理、仪器校准、实验方案设计、实验操作、热重曲线综合解析以及各环节中易出现的不当操作、异常数据与解决方案等方面进行阐述，并给出了在高分子科学研究领域中的典型应用案例、未来发展趋势及机遇与挑战.在实际的应用中，基于TGA与傅里叶红外光谱(FTIR)、示差扫描量热法(DSC)、气相色谱-质谱联用(GC/MS)等技术的联用分析，将有利于进一步揭示高分子材料在不同气氛和热激励等条件下的详细热响应信息，为性能优异的新型高层分子材料研发与设计、热解机理及燃烧蔓延动力学等领域提供支撑和指导.　　AbstractThermogravimetricanalysistechnology(TGA)isanefficientresearchtoolthatcharacterizestheweightofmaterialswithtemperatureortimeunderaprogramcontrolledtemperatureandacertainatmosphere.OneofitsadvantagesisthattheTGAresultscanbewellrepeatedwithhighsensitivity.Inaddition,itsheatingprocessisaccuratelyandflexiblycontrolledaccordingtorealthermalenvironmentofsamples.Inrecentyears,TGAispopularlyusedinthefieldofpolymermaterials,whichpromotesthedetailedanalysesontheirthermalstability,compositionanalysisandthermaldecompositionmechanismetal.ThisreviewwillcovermanyaspectsofTGA,includingbasicprinciples,calibration,schemedesign,curveanalysis,aswellasthosecommonerrorsduringsamplepreparationandexperiments,abnormaldatafiguringandthesolutionforthem.Additionally,thetypicalapplicationcasesofTGAinpolymerscience,aswellastheiropportunityandchallengesinfuture,arealsopresented.IntheapplicationsofTGAtechnology,moreinformationaboutthethermal-responsebehaviorofpolymersunderdifferentatmosphereandheatingconditionscouldberevealedbyTGAcoupledwithFTIR,DSC,GC/MStechnology.Inthiscase,notonlytheweightinformationofsampleduringaspecificheatingcondition,butalsotheendothermicandexothermicbehaviors,releasedgascomponentsatthesametimecanbeanalyzedtogether.Theyarehelpfulfornewpolymerdesign,thermaldecompositionmechanismandflamespreadmodelsdevelopment.　　　关键词　　热重分析技术  曲线解析  热稳定性  热解机理  案例分析　　Keywords　　Thermogravimetricanalysistechnology  Curveanalysis  Thermalstability  Thermaldecompositionmechanism  Caseanalysis 　　1热重分析技术简介　　1.1热分析技术　　作为现代仪器分析方法的一个重要分支，热分析技术在许多领域中得到了广泛应用[1~3].经历一百余年发展，热分析法与色谱法、光谱法、质谱法、波谱法等一起，构成了物质理化性能分析的最常用手段[4].　　热分析技术是研究物质随温度变化而发生物理过程与化学反应的一种实验技术[4].该技术的主要理论基础包括：物质的平衡状态热力学、非平衡状态热力学、不可逆过程热力学和动力学等，针对微量样品，通过精确测定其宏观参数，如质量、热量、体积等随温度的变化关系，研究物质随温度变化而发生的物理和化学变化[4].　　我国于2008年5月发布国家标准《GB/T6425-2008热分析术语》[5]，其中，对热分析技术的定义为：“在程序控制温度(和一定气氛)下，测量物质的某种物理性质与温度或时间关系的一类技术.”　　国际热分析与量热协会(InternationalConfederationforThermalAnalysisandCalorimetry，ICTAC)根据所测定的物理性质不同，将现有的热分析技术划分为9类17种[6].　　1.2热重分析技术的定义　　热重分析技术(thermogravimetry，TG)是指在程序控制温度和一定气氛下连续测量待测样品的质量与温度或时间变化关系的一种热分析技术，主要用于研究物质的分解、化合、脱水、吸附、脱附、升华、蒸发等伴有质量增减的热变化过程[4,5].基于TG法，可对物质进行定性分析、组分分析、热参数测定和动力学参数测定等，常用于新材料研发和质量控制领域.在实际的材料分析中，TG法也常与其他分析方法联用，进行综合热分析，从而全面、准确地分析材料的各项热性质.　　1.3热重分析的数学表达式　　根据定义，样品在热重分析过程的质量随温度或时间的变化，可用下式表示：(1)　　或(2)　　其中，式(1)多用于等温(或包含等温)条件下测得TG实验曲线，而式(2)则多用于非等温条件下的TG实验曲线.　　在实际表示中，为突出“测量”过程，常用重量(weight)来代替质量(mass).　　1.4微商热重法简介　　微商热重曲线(derivativethermogravimetriccurve，DTG曲线)是TG曲线进行一次微商的结果.因此，DTG曲线表征样品质量随温度或时间的变化速率，其峰值即为样品质量减小的最大速率.对于线性升温加热条件下的DTG曲线，其纵坐标单位一般是%/℃，表示温度升高1℃时，样品的相对质量变化.而对于等温实验，DTG曲线纵坐标单位一般是%/s.　　微商热重法的数学表达式为：(3)　　线性程序控制温度时，也可用下式表式(4)　　式中，β为实验中所采用的加热或降温速率，单位℃/min.　　如前所述，DTG曲线表征样品质量的变化速率，因此，为进一步分析样品质量变化的加速或减速特性，类似地，可对DTG曲线进行再次微商处理，得到二阶微商热重曲线，即DDTG曲线.目前大多数商品化仪器，DTG曲线可通过仪器自带的微商处理功能直接转换得到.与TG曲线相比，DTG曲线给出的样品质量随温度的变化速度信息，常常更直接反映了样品失重特性.图1给出了XLPE在10℃/min的加热速率下得到的TG曲线和DTG曲线，由图可见，随着温度的升高，XLPE在410~470℃温度区间急剧失重，交联聚乙烯在此温度区间迅速裂解，样品质量减少约95%，DTG曲线失重峰，对应于TG曲线的失重台阶，而由TG曲线，也可见样品受热失重后最终的残余质量.Fig.1TGandDTGcurvesofXLPEwiththeheatingrateof10℃/mininairatmosphere.　　　　1.5热重分析的优缺点　　1.5.1优点　　热重法针对微量样品进行实验，具有操作简便、可重复性强、精度高、响应灵敏快速等优点.热重法可准确测量物质在不同受热和气氛条件下的质量变化特征.例如：对于升华、汽化、吸附、解吸、吸收和气固反应等质量可能发生变化的物理和化学过程，都可使用热重法进行检测与分析.此外，对于熔融、结晶和玻璃化转变等往往不形成质量变化的热过程，也可通过热重分析与其他热分析方法联用，给出所关注热行为所在温度区间的样品质量不变信息，从而支撑所针对热过程的热流分析.　　由于热重法所测结果可重复性强且精度高，基于热失重数据的动力学参数计算与分析，也更具可靠性.此外，热重法仅需微量样品.因此，针对不同的样品牌号、老化样品的不同区域，都可取样进行细致分析，可深入研究各产品间的细微差异，例如：产品在使用一段时间后的材料分相行为等.　　1.5.2缺点　　在实际应用中，热重法也存在着一定的局限性，主要包括两个方面：样品质量变化信息表征其复杂热行为的单一局限性、微量样品检测结果与工程尺度样品实际热响应性能的一致性.　　首先，对于复杂的材料受热响应性能，热重法主要针对样品在整个受热过程中所形成气相产物溢出而导致的质量减少特征，在不同温度区间或不同受热时刻的细致质量减少信息，是热重分析输出的关键数据.由于大多物理和化学过程往往都伴随着质量的变化，因此，样品的质量变化信息能够很大程度上表征各温度/时间区间的反应强度，然而，若需进一步确定其中详细的反应机理等信息，单凭热重数据往往并不完备.因此，可通过将热重技术与其他分析技术联用，综合分析材料的详细热响应行为.　　其次，如前所述，针对微量样品，热重分析可实现其测量结果及其后续计算分析的精确性与可靠性等优点.然而，也正因为所检测样品的微量特性，使其测量结果不一定与工程尺度样品实际热响应性能完全一致，甚至由于实际工程中的复杂传热传质耦合过程，使热重分析不宜简单、直接地进行应用.因此，一方面，进行热重分析时，应首先清晰掌握材料的实际工程应用背景，科学系统地制定热重实验方案，并进行多工况数据的综合分析，从而确保热重分析数据与实际工程应用场景的吻合与一致 另一方面，在条件具备时，基于热重分析结果，应进行一定的放大尺度条件下的实验研究，综合不同尺度条件下的测量结果，给出材料真实热响应性能.　　2热重分析仪及其工作原理　　2.1工作原理　　热重分析仪(thermogravimetricanalyzer)是在程序控制温度和一定气氛下，测量试样的质量随温度或时间连续变化关系的仪器.测量时，通常将装有试样的坩埚置于与质量测量装置相连的试样支持器中，在预先设定的程序控制温度和一定气氛下，进行实验测量与数据实时采集.　　热重分析仪的质量测量方式主要有2种：变位法和零位法[4].变位法是根据天平横梁倾斜的程度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检测该倾斜度，并自动记录所得到的质量变化信息.零位法是采用差动变压器法、光学法等技术测定天平梁的倾斜度，通过调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动抑制天平横梁的倾斜.由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，该力与线圈中的电流成比例，通过测量电流的变化，即可得到质量变化曲线.　　2.2仪器组成与结构形式　　热重分析仪主要由仪器主机(程序温度控制系统、炉体、支持器组件、气氛控制系统、样品温度测量系统、质量测量系统等)、仪器辅助设备(自动进样器、压力控制装置、光照、冷却装置等)、仪器控制和数据采集及处理模块组成.图2给出了热重分析仪的结构组成示意图.Fig.2SchematicoftypicalTGequipmentwiththesampleinaheatingfurnace,whosetemperatureiscontrolledwithaprogram.　　　　根据试样与天平刀线之间相对位置的不同，可将热重分析仪分为3类：下皿式、上皿式和水平式，其结构框图分别如图3~图5所示.Fig.3SchematicofTGequipmentwiththecrucibleatlowerpositionoftheverticalheatingfurnace.　　Fig.4SchematicofTGequipmentwiththecrucibleathigherpositionoftheverticalheatingfurnace.　　Fig.5SchematicofTGequipmentwiththehorizontal.　　　　由图3~图5可见，仪器质量检测单元的天平与常规分析天平不同.该类天平横梁的一端或两端置于气氛控制的加热炉中，可以连续记录试样质量随温度或时间的变化.温度变化通过加热炉进行程序控制，试样周围温度通常用热电偶实时测量.热天平和热电偶所测数据，由仪器内置软件进行记录与处理线.　　2.3基于热重分析的联用技术简介　　如前所述，热重分析仪自身存在一定局限性，通常可将其与其他分析技术联用，从而对样品热响应行为进行全面分析.常用联用技术如下所述[4].　　(1)同时联用技术.是指在程序控温和一定气氛下，对一个试样同时采用2种或多种热分析技术.主要包括：热重-示差扫描量热联用(TG-DSC)和热重-差热联用(TG-DTA)，它们通常统称为同步热分析技术，简称STA.　　(2)串接联用技术.是指在程序控温和一定气氛下，对一个试样采用2种或多种热分析技术，后一种分析仪器与前一种分析仪器进行串接.常用可串接联用技术包括：红外光谱技术(IR)、质谱技术(MS)、气相色谱技术(GC)等.此外，对于串接联用技术，可采用2种联用模式，连续串接和间歇串接模式.前者模式下，各联用技术均连续采样分析 而后种模式下，最后一级串接仪器进行间歇式采样与分析.　　2.4仪器校准与状态评价　　2.4.1仪器的校准　　为了确保仪器工作正常和数据准确，在热重分析仪正式投入使用之前和使用期间，需分别对仪器的温度和质量测量器件进行校正.由于不同热重分析仪结构类型的差异，其校准方法存在着一定差别.　　2.4.2温度校正　　温度校正(temperaturecorrection)是用已知转变温度的标准物质确定仪器的测量值(Tm)和真实值(Ttr)之间关系的操作过程.通过温度校正，可得到以下关系式：(5)　　其中，ΔTcorr为温度校正值.　　通过温度校正，可以消除仪器的温度测量值与真实值之间的差别.例如：当使用熔融温度为156.6℃的金属In进行温度校正时，若所测熔融温度为154.1℃，则(6)　　因此，在温度校正时，测量值应增加2.5℃.　　进行仪器温度校正后，通常，还应在相同的实验条件下，使用标准物质进行重复实验，验证测量值与真实值之间的偏离程度.　　在实际应用中，当温度范围较宽时，通常需要使用具有不同特征温度的系列标准物质，进行多点温度校正.在实际校正时，可在仪器的校正软件中分别输入相应测量值，由仪器软件生成相应的校正曲线.　　对于大多商品化热重分析仪，常用的温度校正方法主要包括以下几种：　　(1)居里点法.居里点法是在磁场的作用下，将铁磁性标准物质加热到某一温度时，其磁性很快完全消失而引起质量变化的原理来对温度进行校正的方法[7,8].磁性消失时所对应的温度通常称之为铁磁性材料的居里温度(Tc).居里温度只与材料的组分有关.　　通常使用具有确定居里温度值的纯金属或合金作为标准物质，该温度校正过程实质上为磁性温度的测量[9].图6为使用几种磁性标准物质进行校准时得到的TG和DTG曲线.此外，通过该方法可以在单次实验中测量多个磁性样品的转变过程.Fig.6TGandDTGcurvesofseveralmagneticmaterialsfortemperaturecalibrationofTGequipmentwiththeheatingrateof10℃/mininN2atmosphere.　　　　(2)吊丝熔断法.吊丝熔断法通过将熔点已知的纯金属细丝固定悬挂在样品支撑系统附近位置，当温度升高至其熔点时，该金属丝发生熔化并从其支撑件滴落[10,11].通过确定在已知温度熔融而引起的表观质量变化对应的温度，从而校准仪器温度.　　(3)特征分解温度法.特征分解温度法是通过结构已知物质的初始分解温度来进行仪器温度校正[12].此处所指的初始分解温度为失重速率达到某一预定值之前的试样温度.标准物质应具有以下特性：在温度达到其特征分解值前具有足够的稳定性 特征分解温度具有重现性 不同来源得到的同种标准物质，其初始分解温度差异较小.　　当采用热重分析仪与差热分析或示差扫描量热技术进行联用时，也可利用试样在实验过程中随温度变化而引起的熔融、晶型转变等过程产生的特征热效应，对仪器进行温度校正[13~15].例如：通过一些具有可逆“固↔固”转变或“固↔液”转变过程的物质来进行温度校正.　　2.4.3质量校正　　常用的质量校正方法主要包括2种：静态质量校正和动态质量校正.　　(1)静态质量校正法.在某一个设定的温度和气氛下，通过对已知质量为m0的砝码进行称重测量，确定测量值mi与m0之间的差值∆mc，即：(7)　　在仪器的软件中分别输入mi与m0的数值，在之后的测量中，软件将自动扣除质量差∆mc.　　(2)动态质量校正法.在实验过程中，质量基线可能随温度发生一定的漂移.质量基线是在不加任何样品的条件下得到的，理论上，该质量在不同的温度下应始终保持为0.为了使得到的质量更接近真实值，通常采用扣除空白基线法和用已知质量的砝码进行动态质量校正方法对不同温度下的质量进行整体校正.　　在完成以上质量校正后，可用已知分解过程的标准物质，例如：高纯碳酸钙或一水合草酸钙样品，对校正结果进行验证，评价校正结果是否合理.　　2.4.4仪器状态评价　　仪器在长时间工作过程中，可能出现一些不易被察觉的状态变化，在这种“亚健康”状态下，所测得异常数据一般不易察觉，此时，实验数据的准确性和重复性往往明显较差.由于不同操作人员对仪器状态是否异常的判断标准不同，从而导致采取的措施之间也存在差异，进而对实验结果带来不同程度的影响.　　在分别对热重分析仪的温度和质量进行校正之后，还需要按照相应的检定规程或者校准规范等的要求，对校正结果进行评价，以确认仪器的工作状态是否可以满足实验的要求.　　1997年，原国家教委于发布了《JJG(教委)014-1996热分析仪检定规程》[16]，其中对于新安装、使用中和修理后的热重分析仪(TG)等仪器的检定做了规范.此外，原国家质量监督检验检疫总局分别于2017年和2002年发布了热重分析仪检定规程《JJG1135-2017热重分析仪检定规程》[17]和《JJG936-2002示差扫描热量计检定规程》[18].　　3热重分析实验方案设计　　3.1实验方案设计的重要性　　热重实验方案设计决定着实验成败.如前所述，热重仪具有多种结构形式，在实际应用中应首先根据实验需求，选择结构形式合适的热重仪[19].例如：当需要研究易氧化试样在惰性气氛下的热行为时，应选择具有较好密封性的热重仪.此外，对于一些重量变化不明显的过程，在选择仪器时，应考虑仪器的天平质量测量灵敏度和量程.　　在选定合适的热重分析仪后，还需要选择合适的实验条件，主要包括以下几个方面：试样状态(粉末、薄膜、颗粒、块体等)、试样用量、试样容器的材质和形状、实验温度范围及控制方式、实验气氛的种类和流速，以及其他条件，包括湿度控制、光照等.　　此外，在实验过程中所用试样的来源、前处理方式、试样容器以及实验所用仪器自身的差异等，也可能对最终的实验结果带来影响.如果忽视这些影响因素，往往很难得到较好的热分析实验结果，甚至可能得到错误的实验结论.　　3.2实验方案设计的主要内容　　3.2.1热重分析仪的选择　　选择合适的热重分析仪是确定热分析实验方案的第一步.在进行实验之前，应根据实验目的和样品信息，选择合适的热重分析仪.这里所指的热重分析仪，不仅仅局限于独立式热重分析仪，还包括与热重分析仪联用的热重-差热分析仪、热重-示差扫描量热仪、热重/红外光谱联用仪、热重/质谱联用仪、热重/气相色谱/质谱联用仪等形式的热分析联用仪.　　在实际应用中，对于下皿式、上皿式和水平式等不同结构形式的热重仪，其性能参数(如灵敏度、控温精度等)、气氛气体的流动方式、实验温度范围、温度变化速率范围等存在一定的差异.此外，有时需要根据特殊的实验目的，在真空、高压、还原气氛、强氧化气氛、腐蚀性气氛、蒸汽等特殊条件下进行实验，此时，更应关注所选热重仪是否满足实验要求.　　如前所述，在一些应用中，除了需要得到样品在加热过程中的质量信息之外，还需测量其中的热效应、生成气体种类和含量等，此时，则应采用与热重分析仪联用的相关仪器.　　关于商品化热重分析仪的选用，经过近几十年的发展，当前，国外主流仪器厂商如德国Netzsch、美国TA、美国PerkinElmer、瑞士MettlerToledo等均生产有适用不同温度范围的热重分析仪和TG-DSC同步热分析仪，各型号仪器的灵敏度与可重复等性能都可满足聚合材料的常规性能测试要求，且大多均可配置自动进样器等辅助配件，提高仪器工作效率.此外，上述仪器厂商所产热重分析仪可与红外光谱仪、气相色谱仪、质谱仪中的一种或者多种进行联用，对逸出气体组分等进行综合测量.各仪器厂商的联用技术与方式存在一定差异，以满足不同的领域需求.不同型号仪器的联用技术也各有优势，应根据实际需求，合理选用.其中，德国Netzsch公司的多级热分析联用仪可实现热重分析仪与红外光谱仪、质谱、气质联用仪的联用，可以分别实现红外光谱仪与质谱、气质联用仪串接式联用和并联式联用的连接形式 瑞士MettlerToledo公司的热重分析/红外光谱/气质联用仪可实现多段气体的采集与分析功能 美国PerkinElmer公司的热重分析/红外光谱/气质联用仪可以通过八通阀的灵活切换，实现在线分析和分离分析等多模式实验测量.　　3.2.2实验操作条件的选择　　由热重实验得到的曲线受操作条件的影响十分显著，在应用中，应针对影响热重曲线的因素，选择合适的操作条件.主要包括：试样状态、实验气氛、温度控制程序、实验容器或支架、环境特殊实验条件、采集软件参数等.　　(1)试样量/试样形状的选择.由于热重分析仪器的种类、结构形式以及实验条件等因素的差异，不同的热分析仪器对试样量或试样形状的要求差别较大.　　通常情况下，热重实验的样品用量为坩埚体积的1/3~1/2.对于密度较大的无机样品，试样质量一般为10~20mg 对于在实验过程中不发生熔融的样品，在确保仪器安全的前提下，可适当加大试样量.热分析串接联用的仪器对试样的要求，与该类热分析仪对试样的要求相同.　　在实际应用中，大多数热重实验对样品状态没有严格的要求，液态、块状、粉状、晶态、非晶态等形式均可以进行热重实验.实验前，可以不进行专门的处理，直接进行测试.对于较潮湿的样品，一般在实验前需进行干燥处理，以避免因溶剂或吸潮而引起曲线失真.　　此外，实验时，所用试样的粒度及形状也可能影响所得热分析曲线的形状.试样粒径的不同，往往引起气体产物扩散变化，导致气体的逸出速率变化，从而引起曲线形状的变化.一般情况下，试样的粒径越小，反应速率越快，对应曲线的起始分解温度和终止分解温度也降低，同时，反应区间变窄，分解反应也越彻底.　　(2)实验气氛的选择.在热重实验中可选择的气氛通常为静态(真空、高压、自然气氛)或动态气氛(氧化性气氛、还原性气氛、惰性气氛、反应性气氛)，实验时，应根据需要，选择合适的实验气氛和流速.实验气氛的流速一般不宜过大，过大的流速往往导致较轻试样来不及发生完全分解而被气流带离测量体系，从而影响热分析曲线的形状.另一方面，过低的流速也不利于分解产物及时排出，往往使分解温度升高，严重时可能影响反应机理.　　在选择实验气氛时，应明确实验气氛在实验过程中的作用，这里给出几种常用选择原则：如果仅是通过气氛使炉内温度保持均匀、及时将实验过程中产生的气体产物带离实验体系，通常选用惰性气氛 如果需要研究试样在特定气氛下的行为时，应选择特定的实验气氛，此时的气氛的作用可以是惰性气氛，也可以是反应性气氛 当需要研究试样在自然气氛下的热行为时，样品室无需通入气氛气体，将流速设为0或者关闭气体开关，此时，若试样发生分解，可能污染检测器 对于相邻的2个过程，可通过改变实验气氛，实现相邻过程的有效分离 对于含有复合材料或含有有机物的混合物，可根据各组分在不同温度范围发生的热分解过程，确定热稳定性不同的组分的含量 当使用反应性气氛时，应充分评估气氛对仪器关键部件的安全性，某些反应性气氛如H2、纯氧等在高温下可能与仪器的关键部件发生反应，对仪器造成不可逆的损害.　　(3)温度控制程序的选择.在热重实验中，所采用的温度控制程序主要包括加热、降温、等温以及这些方式的组合等形式，其中，主要包括温度扫描速度和温度范围的确定.　　对于温度扫描速率，若采用线性加热或降温过程，采用较快的加热速率，可有效提高仪器的灵敏度，然而可能导致分辨率下降，从而使相邻的过程较难分离.一般情况下，在实际应用中，应综合考虑转变的性质和仪器的灵敏度，综合选择一个合适的温度扫描速率.对于热重实验，最常用的温度扫描速率为10℃/min.　　对于温度范围，应根据样品的性质和实验目的，进行合适选择.大多热重实验从室温开始进行，最高温度基于实验中可观察到所关注变化过程进行设定.对于热稳定性较低的物质，最高实验温度以覆盖物质的分解过程即可，不设为仪器可达最高温度.　　在进行等温实验时，从开始温度达到设定温度所需的时间越短越好，即热惯性越小越好，以避免所关注的变化在达到设定温度的过程中已经发生.　　(4)实验容器或支持器的选择.对于热重分析仪，其测试对象主要呈粉末状，通常用坩埚盛装样品.无论是坩埚还是支架，在实验过程中均不能与试样发生任何反应.　　一般来说，用于热重实验的坩埚主要有敞开式和密封式2类.常用坩埚的材质有铝、石墨、金、白金、银、陶瓷和不锈钢等，实验时，应根据样品的状态、性质和测量目的合理地选择坩埚的形状和材质.　　对于剧烈分解的样品，在热重实验中，应尽量减少试样用量，且应多使用浅皿坩埚.同时，应增大气氛气体的流速，从而及时带离分解产物.当使用敞口坩埚时，若出现迸溅现象而使试样未完全分解却被带出坩埚的情形，可通过坩埚加盖扎孔的方法解决.即，在盖子中心位置扎一个圆形小孔，以便实验过程中产生的气体及时逸出.与不加盖时的结果相比，由加盖坩埚所得热分析曲线形状往往明显变化，相应特征温度也升高.　　在选择坩埚材质时，还应考虑坩埚需承受的最高温度及其惰性特征，例如：铝坩埚的最高使用温度不超过600℃.如需进行更高温度实验，可选用金坩埚或铂坩埚.而分解反应的热重实验一般不用铝坩埚，常用氧化铝、陶瓷、铂、铜、不锈钢等材质.由于铂对棉纤维、聚丙烯腈等物质反应具有催化作用，因此，若样品中含磷、硫和卤素，则不可用铂坩埚.此外，陶瓷类坩埚通常不适用于碱性物质、含氟聚合物及硅化合物的热重实验.　　(5)环境特殊实验条件的选择.进行热重实验时，有时还需根据实验目的和样品种类，选择是否需要控制环境湿度、磁场、电场、光照等条件.　　在实际应用中，应结合具体的实验目的，判断所使用的热分析仪能否满足实验要求的特殊条件，仪器通常以附件的形式来实现上述的特殊实验条件.　　(6)数据采集频率的设置.通常情况下，1数据点/s的采集频率足以准确记录试样质量变化信息.对于一些非常快的变化过程，仪器默认的数据采集频率无法实时记录下该过程中的变化信息，此时，应增大采集频率.而对于耗时较长的等温实验或较低加热速率的实验，则不宜使用1数据点/s的采集频率，应降低数据采集频率.　　4热重实验过程　　4.1样品准备　　理论上，一切非气态的试样都可以直接通过热重实验，测量其质量在一定气氛和程序控制温度下随温度或时间的连续变化过程.待测样品，应根据实验目的，进行合理制样或取样，并标明相应信息.由于热重实验所需样品量极少，应避免样品局部取样和混合不均等问题.此外，由于由不同状态的试样所得热重曲线的差别往往较大，因此，选择合适的试样状态对能否得到合理的实验结果十分关键.一般来说，不同状态的试样需做一些相应的处理才可用于热重实验.　　4.2实验测试　　在完成样品准备和实验条件选择之后，即可开始进行热重实验测量.整个测量过程主要包括：仪器准备、样品制备、设定实验条件和样品信息、开始实验等过程[4].　　4.2.1仪器准备　　若实验室供电正常，热重实验仪一般24h开机，当重新开机时，应开起仪器使其至少预热平衡30min.若仪器虽在正常使用中，调整了气氛气体，也应使仪器在调整后气氛条件下，平衡至少30min，以使炉内气体浓度保持一致.　　在仪器处于平衡稳定的状态下，正式开始实验前，还应对实验中使用的坩埚进行质量扣除，即，“清零”操作，具体做法如下：　　(a)将一个洁净的空坩埚置于样品支架或吊篮上，若热重仪为水平式或上皿式，应在参比支架上放置一个质量相近的同类型坩埚.关上加热炉，使天平所测质量几乎不变，几分钟后，按下面板上或仪器控制软件中的“清零”按钮.完成这一操作后，若显示的质量变化很小，则表明实验中所用的坩埚的空白质量已经扣除，装入试样后，软件显示的质量即为试样绝对质量.　　在热重实验过程中，若坩埚需使用扎孔上盖或坩埚内需加稀释剂，则坩埚盖或所加稀释剂质量也应扣除.　　(b)打开加热炉，将坩埚取下，用于盛装待测实验样品.对于配置自动进样器的热重仪，可集中对多个空白坩埚依次进行清零操作，软件将对自动进样器中各编号坩埚清零过程中的质量差异进行分别记录，使用时，应避免混淆坩埚顺序.　　4.2.2制样　　将待实验的试样放入已扣除空白质量坩埚中，试样量一般不应超过坩埚体积的1/3~1/2.对于含能材料等在高温下易剧烈分解或可熔融样品，试样用量能覆盖坩埚底部即可.对于易剧烈分解样品，也可使用较大尺寸坩埚或加入稀释剂的方法，减少试样热分解过程对支架或吊篮的损害.　　对于组成不同、结构相近的系列试样，为消除试样量对实验曲线的影响，同一系列实验中，各次试样用量应相近.　　将适量试样加入至坩埚后，可用镊子夹住坩埚在桌面上轻敲几次，使试样均匀分布于坩埚底部.对于易挥发、不稳定的液体黏稠试样或易吸潮的粉末试样，应尽快加载和摇匀坩埚内试样，减少试样在空气中的变化.　　之后，打开加热炉，用镊子将坩埚置于热重仪的吊篮或支架上，并及时关上加热炉腔体，待试样信息设置完毕和样品质量读数稳定后，即可开始实验.　　对于一些较易挥发的液体试样，在天平清零操作后，应提前在控制软件中设定相应信息，从而缩短实验开始前的等待时间.　　4.2.3设定试样信息和实验条件等信息　　目前的商品化热重仪都配有相应的控制软件和数据分析软件，不同厂家的仪器的软件界面各不相同，但在软件中需输入的试样信息和实验条件等大多相似.在软件中所输入的信息，可在后期的数据分析过程中查看.　　在正式实验开始前，控制软件中应输入的信息主要有：　　(1)样品信息.包括样品名称、编号、送样人、实验人、批次、文件名等.目前大多数热重仪软件不支持中文输入，建议多用英文字母和数字，尽量避免使用“%、?、/”以及汉字等字符.　　当使用自动进样器时，除以上信息外，还应输入坩埚所对应的位置序号.　　(2)实验条件信息.主要包括试样质量、温度程序信息、坩埚参数、气氛种类及流速以及数据采集频率等其他信息.　　4.2.4运行实验测量　　信息输入后，待试样质量稳定，即可按下控制软件中的“开始”按钮开始实验，加热炉即按设定温度控制程序对试样进行加热、降温、等温等操作，数据将自动保存.实验结束后，包括试样参数、实验程序、实验数据等信息将各自单独生成文件，供后续数据分析与处理所用.　　由于热重仪天平的灵敏度较高，实验过程中，工作台附近不可出现较大的振动，加热炉出口区域也不应有较大气流波动.　　5热重实验曲线解析　　5.1曲线解析概述　　热重曲线解析是热重实验过程的重要环节，是获得所测式样热响应特性的关键步骤，曲线解析主要包括以下几个步骤[19]：实验数据导入与基本分析、运用作图软件进一步分析、热重曲线描述、热重曲线初步解析、热重曲线综合解析以及实验报告或科研论文撰写.　　5.2在仪器分析软件中的基本数据处理　　5.2.1仪器分析软件中实验数据的导入　　各组热重实验完成后，在仪器附带的数据分析软件中，可导入数据文件并进行数据处理与分析，不同厂商的数据文件的格式可能存在一定的差异，但都可转化输出为Excel等通用软件可读格式文件，以便于后续数据处理与分析.　　5.2.2仪器分析软件中的基本作图　　为了便于分析，首先可在软件中对测得的热重曲线的纵坐标进行归一化处理，将纵坐标由绝对质量换算为相对质量.对于仅含一个线性加热程序的热重实验，热重曲线常以温度为横坐标.对于温度程序中含有一个或多个等温段的实验，则其横坐标常用时间，此时，在图中也可作出“温度-时间”曲线，以显示各时刻温度.　　5.2.3仪器分析软件中的曲线数学处理　　在仪器附带的数据分析软件中打开数据文件并进行基本作图之后，也可直接对数据进行换算、求导、积分、平滑等进一步的数学处理.　　5.2.4仪器分析软件中确定曲线的特征物理量　　热重曲线中质量变化反映了试样性质随温度的变化特性，对于一个变化过程，一般用温度和质量同时描述.常用的特征温度主要包括初始温度(initialtemperature，一般用Ti表示)、外推起始温度(extrapolatedonsettemperature，Tonset)、终止温度(finaltemperature，Tf)、外推终止分解温度(extrapolatedendtemperature，Tendset)、n%分解温度(n%temperature，Tn%)和最快质量变化温度(DTG峰值温度，peaktemperature，Tp)，直接使用分析软件，即可在图种标出上述特征温度.　　图7给出了热重曲线中各特征温度的位置示意图，具体确定方法如下所述：Fig.7CharacteristictemperaturesinTGcurves(PointA:Initialtemperatureaccordingtoacertainmassloss PointB:Initialtemperatureaccordingtoacertainmasslossrate PointC:Extrapolatedonsettemperature PointD:Extrapolatedendtemperature PointE:Initialtemperatureaccordingtotheintersectionpointofaspecificlineandthebasetemperatures PointF:Endtemperatureaccordingtotheintersectionpointofaspecificlineandthebasetemperatures PointG:Temperatureforthemaximummasslossrate).　　　　(1)以失重数值达到最终失重量的某一百分数时的温度值作为反应起始温度(Ti，图7中A点) 此外，n%反应温度为质量减少n%时的温度，可直接由热重曲线标出(Tn%)，常用的n%分解温度主要有0%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、50%时的Tn%，其中，0%分解温度特指试样保持质量不变的最高温度.　　(2)以质量变化速率达到某一特定数值时的温度作为反应起始温度(Ti，图7中B点).　　(3)以反应到达到某一特征点(如：热重曲线斜率最大)时热重曲线的切线与平台延伸线交点所对应的温度作为“外推反应起始温度”(Ti，图7中C点)和“外推反应终止温度”(Tf，图7中D点) 与Ti和Tf相比，Tonset和Tendset受人为主观判断的主影响较小，常用来表示试样的特征分解温度，而Ti和Tf则常用来表示质量变化范围的起止温度.　　(4)以反应达到热重曲线上某2个预定点的连线与平台延伸线交点所对应的温度作为反应的起始温度(Ti，图7中E点)和反应终止温度(Tf，图7中F点).　　(5)由微商热重曲线中得到的最快质量变化温度也称最大速率温度或微商热重峰值温度(Tp)，是指质量变化速率最大的温度(图7中G点)，可直接由微商热重曲线的峰值获得，Tp对应是最大质量变化速率，常用(dm/dt)p表示.　　在实际应用中，何种方法所确定的初始温度等特征值，往往都存在一定的特殊性和局限性.如图7所示，常用C点外推起始温度或A点预定质量变化百分比(通常为5%)温度来表征物质的热稳定性.　　5.2.5专业绘图软件的绘图与处理　　当前，大多商品化仪器所附带的数据分析软件都可进行多条曲线的对比分析，也可在软件中直接进行曲线上下移动和线型颜色等编辑.然而，为进行更专业和细致的数据分析与对比，往往将数据转化输出为Text、Excel等通用格式文件，从而采用Origin、Matlab、Tecplot等专业作图软件进行分析，尤其是对多工况、多样品复杂系列实验测量结果的综合分析，即可给出静态的2D和3D图，也可根据实验研究目标，重构特征参数的时空演化动态视频，以满足实验报告、科研论文以及现场交流视频等需要.　　5.3热重曲线的解析　　5.3.1热重曲线的初步解析　　热重曲线的初步解析主要包括如下几点.　　(1)结合样品信息解释曲线中发生的变化.曲线中各典型温度区间或时刻所发生变化与样品结构、成分、处理工艺等信息密切相关.　　(2)结合实验条件信息解释曲线中发生的变化.实验时采用的实验条件对热重曲线的影响较大，应结合实验所采用温度控制程序、气氛等信息，初步解释热重曲线主要特征形成的主要原因.　　5.3.2热重曲线的综合解析　　进行材料热响应特性研究时，采用多种实验测试方法进行综合分析，有利于更加客观、全面地揭示其中的本质特性及其影响机制.综合解析主要包括如下几个方面.　　(1)通过多种分析技术与热重曲线进行互补与验证分析.例如：通过热重曲线可以得到一定范围内的质量变化信息，对于结构较复杂的物质而言，仅通过热重曲线较难准确获得在实验过程中的结构变化信息.通常利用与热重仪联用的红外光谱、质谱和气相色谱/质联用技术，综合分析在质量减少过程中产生的气体产物信息，从而获得实验过程中样品结构变化特征.　　(2)通过外推法对热重曲线进行分析.由于热重曲线大多是在动态温度条件下测得，对应特征量为非热平衡状态的测量值.因此，可进行不同温度扫描速率条件下的系列热重曲线分析，将所得系列特征转变温度对温度变化速率进行数据拟合，并进行0温度变化速率条件下的外推，获得准平衡状态下的特征值.　　6在高分子科学中的应用进展　　由于可准确地测量物质受热过程中的质量变化及其变化速率，热重法在高分子科学中得到了广泛应用，对于升华、汽化、吸附、解吸、吸收和气固反应等物理和化学过程，都可进行定量检测.近年来，主要应用包括以下几个方面.　　6.1聚合物中添加剂的影响　　高分子聚合物中添加各类改性物质，是高分子材料设计与性能提升的重要研究方向.聚合物中各添加剂含量的测定，是其性能分析与配方设计的关键环节，根据各物质热稳定性差异，可由TG曲线确定添加剂的含量[20~24].　　Dorez等[25]基于TG方法，研究了聚磷酸铵(APP)、磷酸二氢铵(DAP)和磷酸(PA)3种阻燃添加剂分别对聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/亚麻纤维(Tfl)复合高分子材料热解性能的影响.图8给出了不同阻燃添加剂条件下的复合高分子聚合物TG曲线和DTG曲线，可见，其热解过程主要分2个阶段.对于不含阻燃添加剂的PBS+Tfl，样品被加热到约370℃时，其TG曲线有一个与亚麻纤维热解对应的肩形失重，而由图8(b)所示的DTG曲线可见，PBS热解主峰在400℃位置.在该复合高分子材料中添加3%质量的APP、DAP和PA后，其热解行为主要呈现2个显著变化.首先，材料的初始热解温度更低，由图8(b)所示的各DTG曲线可见，添加APP、DAP和PA的PBS+Tfl复合高分子材料分别在277、309和259℃出现第一个热解峰，这些热解峰比亚麻热解峰更早.因此，亚麻纤维热稳定性的降低，主要归因于所添加阻燃剂分解产生的磷酸对纤维素的磷酸化作用，该反应改变了纤维素的热解路径，从而有利于亚麻脱水，并形成含碳残留物.此外，PBS+Tfl原复合高分子材料的Res600为7.0%，而添加了APP和PA的材料的Res600为11.7%，可见，阻燃添加剂的加入，使得样品热解后的残留物显著增多.其次，PBS+Tfl原复合高分子材料的DTG峰值温度为400℃，而添加阻燃剂后的DTG峰值温度范围为375~380℃，即，主要热解温度区间降低，主要归因于PBS的热水解反应.Fig.8TG(a)andDTG(b)curvesofPBS+TflandFPBS+Tflwith3wt%variedphosphorousadditives(APP:AmmoniumPolyphosphate DAP:Dihydrogenammoniumphosphate PA:Phosphoricacid)(ReprintedwithpermissionfromRef.‍[25] Copyright(2014)Elsevierpress).　　　　6.2混合物中各组分含量分析　　为增强高分子材料的强度、硬度及阻燃等性能，实际使用的高分子聚合物材料中常常包含各类无机和有机组分，TG法也常用于分析确定复合材料和天然高聚物中各组分含量分析[26~28].　　Rego等[28]针对9种树木样品，采用热重分析法，基于纤维素、半纤维素、木质素和水分4组分模型，通过高斯方程优化拟合，给出了各树木样品的组成，如表1所示.Table1Lignocellulosicscontents(%mass,drybasis)inthesamplesofpoplargenotypes(ReprintedwithpermissionfromRef.‍[28] Copyright(2019)Elsevierpress).　　图9给出了其中一种木材样品(grimmingegenotype)的曲线拟合结果，如图所示，通过4组分热重曲线的叠加包络曲线，与实验测量的样品热重曲线吻合度高.　　Fig.9ExperimentalanddeconvolutedDTGprofileforGrimmingegenotype.Curvesoffourcomponents(water,hemicellulose,celluloseandlignin)andthecombinedoneareshownforcomparisonwiththeexperimentalresults.(ReprintedwithpermissionfromRef.‍[28] Copyright(2019)Elsevierpress).　　　　图10为氧化石墨烯(GO)和聚丙烯/氧化石墨烯/四氧化三铁(PAA/GO/Fe3O4)纳米复合材料的TG曲线[29].由图可见，对于GO样品而言，由于样品中含氧官能团的分解，TG曲线在250~350℃范围内出现明显了的重量损失.另外，在425~625℃温度范围的质量损失是GO在空气中碳的燃烧引起的.因此，在水溶性的PAA/GO/Fe3O4纳米复合材料的热重曲线中：(1)在50~150℃范围的重量损失是在样品表面物理吸附的残余水引起的 (2)在150~250℃温度范围的重量损失是在合成时加入的有机溶剂和表面活性剂引起的 (3)在350~500℃之间的重量损失是PAA的氧化分解引起的 (4)500~630℃之间的重量损失是GO在空气中碳的燃烧引起的 (5)630℃以上，在实验的温度范围内，质量没有发生明显的变化.Fig.10TGcurvesoftheGO(a)andPAA/GO/Fe3O4(b)nanocomposites(GO:Grapheneoxide PAA:Polyacrylicacid).ForGO,aweightlossfrom250-350℃isascribedtothedecompositionofoxygen-containinggroupsofGO.Theothermasslossfrom425℃to625℃isattributedtotheburningofcarboninGO.ForPAA/GO/Fe3O4,thelossstepover50-150℃mightbeduetothelossofresidualwateradsorbedphysicallyinthesample.Theweightlossaround350-500℃wasduetotheburningofPAA.Theweightlossoverthetemperaturerangeof150-250℃isattributedtotheresidualorganiccompoundsinthesample.(ReprintedwithpermissionfromRef.‍[29] Copyright(2013)TheRoyalsocietyofChemistry).　　　　综合以上分析，由TG曲线可以确定，在PAA/GO/Fe3O4纳米复合材料中PAA:GO:Fe3O4的重量比是1:1:3.基于PAA/GO/Fe3O4纳米复合物的重量和PAA的平均分子量分析，可以估算得到每2个PAA分子连接一个纳米颗粒.　　6.3TG-FTIR联用分析案例　　Plassauer等[30]针对聚氨酯丙烯酸酯(PUA)和添加了磷酸酯聚氨酯丙烯酸酯(PUA-FR)，采用TG-FTIR联用技术，研究了其热解特性.图11中给出了2种样品的TG-DTG曲线，同时，可见，PUA的热解过程主要分为4个阶段，各阶段质量损失分别为4.3%、24.4%、15.9%和52.8%.此外，图12中给出了PUA和PUA-FR在典型温度下的热解产物FTIR吸收光谱.　　Fig.11TG(solidlines)andDTGcurves(brokenlines)ofPUAandPUA-FRunderpyrolyticconditionswiththeheatingrateof10℃/mininN2atmosphere.PUA:polyurethaneacrylate PUA-FR:flame-retardantPUAtreatedwithtris(1-chloro-2-propyl)phosphate(ReprintedwithpermissionfromRef.‍[30] Copyright(2021)Elsevier).　　　　Fig.12(A)FTIRspectraofvolatilecomponentsandgaseousdecompositionproductsofPUAobtainedatdifferentpyrolysistemperatures:(a)200℃,(b)290℃,(c)350℃,(d)470℃ (B)FTIRspectraofvolatilecomponentsandgaseousdecompositionproductsofPUA-FRobtainedatdifferentpyrolysistemperatures:(a)290℃ (b)350℃ (c)450℃ (d)510℃(ReprintedwithpermissionfromRef.‍[30] Copyright(2021)Elsevier).　　　　综合其热解失重曲线和热解产物吸收光谱图，可见，第一阶段(135~200℃)，主要是PUA中PMMA-PHEMA段的初始热解，然而，样品中残留溶剂的蒸发量更大，成为该阶段主要生成物.　　在第二阶段(266~310℃)，聚丙烯酸酯主链的随机断链更为显著，形成的丙烯酸酯单体是该阶段PMMA-PHEMA段分解的主要产物.　　第三阶段(348~385℃)，生成了较多的二氧化碳，表明MMA/HEMA单体的分解可能与丙烯酸酯的自由基脱羧有关.对于PUA-FR样品，由于TCPP对聚丙烯酸酯具有中断其释放自由基的作用，因此抑制了该阶段的热解反应，同时由于生成了具有更高热稳定性的含碳产物和聚磷酸盐，并通过酯侧链的脱羧释放出二氧化碳，从而达到阻燃效果.　　第四阶段(456~506℃)，发生了HDI异氰尿酸盐和少量含羟基部分的快速释放，可见该阶段主要发生氨基甲酸酯键的解离，而从PUA的气体分解产物红外数据，可进一步看出由于氨基甲酸酯键的脱羧和相关尿素的分解，形成了氨基己基异氰尿酸盐.此外，对气体和固体分解产物的红外光谱分析表明，当温度超过400℃时，异氰尿酸盐分解为三聚氰酸和异氰酸.　　6.4TG-DSC/MS联用分析案例　　Mas等[31]针对二氨基顺丁烯二腈(DAMN)，通过TG/DSC-MS联用，研究了DAMN的热解特性，图13给出了氩惰性气氛和20℃/min的升温速率条件下的TG、DSC和MS实验曲线.Fig.13(a)TG,(b)DTGandDSCcurvesand(c)temperature-dependentioniccurrentvariationoftheDAMNattheheatingrateof20℃/mininargonatmosphere.DAMN:Diaminomaleonitrile(ReprintedwithpermissionfromRef.[31] Copyright(2021)Elsevier).　　　　由图13(a)可见，样品受热升温至300℃时，质量损失18%，在温度升高至其熔融转变温度(约180℃)时，DAMN已经开始热解.由图13(b)中的DTG曲线可见，该曲线反映了若干个互有重叠的分解反应，针对DTG曲线的进一步分析表明，其中包含多个DTG峰值的叠加.通过反卷积法，对叠加包络曲线进行分离处理，结果表明，该DTG曲线至少包含2个同步反应.　　进一步的耦合峰值反卷积法分析表明，曲线包含3个高斯峰值，其中，如图13(b)可见，前2个峰值较低，而在较高的温度215℃处，有显著更大的另一个峰值.此外，由图13(b)中的DSC曲线可见，在由于材料熔融相变引起的第1个吸热峰位置，存在明显的少量质量损失.　　图13(c)给出了DAMN热解反应中的主要气体产物的质谱曲线，其中，由图中所示的m/z=27(HCN+)碎片吸收峰值所在温度可见，脱氢氰酸化反应主要发生于上述热失重曲线的后期，而16(NH2+)、17(NH3+)和18(NH4+)碎片的变化过程，反映的是热过程中的脱氨和脱质子反应.　　上述4个碎片的离子电流随温度的变化分布曲线表明，它们在195~225℃温度区间形状相似，并与图13(b)中所示的质量损失速率曲线一致.此外，m/z=28(N2+)和26(CN+)的2个相对低强度质谱曲线，也表明在熔融聚合过程中发生了脱氨和脱氰过程.　　6.5热解反应动力学分析　　对于大多反应体系，其动力学模型可用式(8)描述.(8)　　式中α为体系反应进度或转化率，无量纲 T为温度，K β为升温速率，K/min k(T)为温度对反应速率的影响函数，1/min f(α)为反应进程对反应速率的影响机理函数，无量纲.　　转化率α可用式(9)进行计算.(9)　　其中m0为样品初始质量，mg m为样品当前质量，mg m∞为结束时样品残余质量，mg.　　对于式(8)中的k(T)，主要可用2种模型，一是较为通用的阿伦尼乌斯公式[32]，如式(10)所示 二是如式(11)所示的H-E模型[33]，较不常用.(10)(11)　　式中，A为指前因子，1/min E为活化能，J/mol.R为气体常数,J/(molK) C为常数 m为幂指数.　　反应进程机理函数f(α)描述了样品反应速率与物质自身含量的关系，不同的反应机理存对应各自的反应进程机理函数形式.其中，最为通用的是n级反应模型，如式(12)所示.(12)　　式中，n即为反应级数.　　综合整理式(9)、(10)和(12)，可得完整的反应动力学模型，如式(13)所示.(13)　　可见，上式中主要包含3个动力学参数(A,E,n)，它们综合表征了样品热解反应的详细进程，因此，样品热解动力学分析的核心，即为动力学三参数(A,E,n)的求解.在众多求解方法中，常用方法有3类：微分法、积分法和GE算法，其中，前2类为线性分析法，而GE算法为非线性求解法，以下分别介绍.　　6.5.1微分法　　微分法通常直接针对式(13)进行求解，对于样品仅在单一扫描速率条件下的热重过程进行动力学分析，可称为单扫描速率法.基于n级反应假设，常用的单扫描速率法包含如下3种.　　(a)Freeman-Carroll公式[34]，通过作图可以由斜率得到活化能，如式(14)所示.(14)　　(b)当n=1时，可用Newkirk公式[35]，如式(15)所示.(15)　　取2个实验点T1和T2，则有：(16)　　(c)Achar-Brindley-Sharp公式[36]，如式(17)所示(17)　　采用不同f(α)函数，由以上线性方程的斜率获得E，由截距求得A.　　针对不同扫描速率下测得的多条热重曲线，进行动力学分析的方法称为多重扫描速率法.实际应用中，基于微分形式的多重扫描速率法有以下几种.　　(a)Kissinger-Akahira-Sunose公式[37]，针对不同升温速率(β)下所测热重曲线峰值对应的温度Tp，可得到式(18)，由该线性方程的斜率，可确定E，由截距可确定A.(18)　　(b)Friedman公式[38]，对于多条不同升温速率β下的热重曲线，选择等转化率α处，有式(19).(19)　　由斜率可以求得E，截距为ln[Af(α)].　　如果结合n级反应模型假设则可得：(20)　　结合不同的α，由式(19)可得确定不同的截距，再基于式(20)，由斜率可求得n，由截距可求得A.　　此外，还有Vachuska和Vobril法[39]等，在此不再赘述.　　6.5.2积分法　　积分法则是通过对温度或者时间积分得到g(α)如式(21)所示.(21)　　常用的积分法有如下几种.　　(a)Horowitz-Metzger公式[40]，如式(22)所示.　　译(22)(23)　　式中，Tr为满足1-α=1/e的参考温度，单位K.θ为当前温度和参考温度的差值，单位K.作lng(α)~θ图，即可由斜率确定活化能.该模型后来进一步修改为Dharwadkar-Karkhanavala公式[41]，如式(24)所示.(24)　　其中Ti,Tf分别为反应开始和结束的温度，单位K.　　(b)Coats-Redfern公式[42]，首先，采用Taylor展开取近似，得式(25)(25)　　由于RT/E~0，所以，1−2RT/E≈1.式(25)可近似为式(26)(26)　　即可基于斜率和截距值，算出E和A.　　(c)Flynn-Wall-Ozawa公式[43~45]，如式(27)所示.(27)　　针对不同的升温速率β下的曲线，在等转化率α处的温度T，作lgβ~1/T图，由斜率可到E.　　此外，还有Zsako公式[46]和Satava-Sestak公式[47]等，在此不赘述.　　6.5.3非线性动力学求解　　随着计算机科学技术的发展，可将动力学三参数的求解转化成一个迭代优化过程，即，将各参数代入反应动力学公式，根据所计算热重曲线和实际热重曲线的误差，调整参数，最终基于误差最小原则，给出最优动力学三参数值.　　Tang等[48]针对PVC热解，基于3个平行反应模型，构建动力学计算公式，如式(28)所示.(28)　　总的反应转化率则是3个平行反应的叠加，如式(29)所示.(29)　　对式(28)中的3个平行反应进行独立求解，其显示差分格式如式(30)所示.(30)　　具体计算过程中，可采用当前流行的优化求解方法：遗传算法(GeneticAlgorithm)，基于该算法的不断“自然选择-繁殖”迭代，直至达到目标拟合精度.式(31)给出了评价优化参数好坏的误差函数Φ表达.(31)　　其中，Φ为模型预测结果和实验值之间的误差 γ为实验和模型预测的反应进度速率(DTG)之间的误差占总误差的权重 α˙exp,i为实验测量的反应速率，1/K α˙cal,i为当前动力学三参数下计算出的反应速率，1/K α˙exp¯¯¯¯¯¯为实验测量的反应速率的均值，1/K αexp,i为实验测量的无量纲反应进度 αcal,i为该动力学3参数下计算出的无量纲反应进度.αexp¯¯¯¯¯¯为实验测量的反应进度均值.M为在特定升温速率下实验数据点的数目.　　Tang等[48]基于遗传算法，进行XLPE热重曲线的拟合结果如图14所示，可见，各升温速率下，可算出与热重实验曲线吻合度很高的动力学三参数.Fig.14DTGcurvesforXLPE(Crosslinkedpolyethylene)pyrolysisinatmosphereatdifferentheatingratesandtheoptimaltheoreticalfittingbasedonsingle-scanmethod.TheoptimizationofpyrolysismodelingisbasedontheGA(Geneticalgorithm)method(ReprintedwithpermissionfromRef.[48] Copyright(2018)Elsevier).　　　　7总结与展望　　本文综述了热重分析技术在高分子表征领域的主要进展，旨在帮助大家全面掌握TGA技术的实验原理，提高实验操作与数据分析过程的有效性和准确性，进一步推动TGA技术在高分子表征领域的广泛应用.　　TGA分析仪将样品精细加热调控技术与高精度质量测量技术联合，从质量变化角度，对高分子材料等受热过程中的物理与化学变化行为进行直接表征.当前，国内外相关仪器厂商的多款TGA分析仪具有的响应灵敏度、测量精度及操作方便性等各项性能已能满足大多高分子性能表征的需要.关于TGA分析仪的未来发展，主要包括如下几点：(1)进一步提高仪器准确度、灵敏度，以及稳定性 (2)不影响灵敏度的前提下，拓宽TGA分析仪的温度范围 (3)超快加热/降温速率的实现 (4)快速等温实验过程中的热惯性的进一步减小 (5)特殊实验过程所需的仪器附件研发，包括高压真空热解腔、温湿度综合控制器等 (6)与TGA分析仪联用仪器的校准方法及标准物质等方面的进一步发展 (7)仪器软件的功能拓展.　　此外，关于基于TGA分析的高分子材料应用研究方面，未来机遇与挑战主要包括：(1)基于高分子材料微量样品的高精度热重数据及其计算参数，发展其对于实际工程的应用性模型，即，通过微量样品热分析参数与尺度放大(Scale-up)模型相结合，推动微量样品热分析结果在工程实际的更好应用 (2)在基于TGA分析的材料动力学模型与参数计算，进一步解决其中的动力学补偿效应(kineticcompensationeffect,KCE) (3)TGA分析技术与DSC、FTIR、GC/MS等仪器的无缝联用优化方案设计和联用数据精确、可靠分析.　　最后，近年来，在国家对自主优质测试分析仪的大力资助下，具有自主知识产权的国产热重分析仪的研制呈现一些可喜的进展.未来，随着我国科研水平的不断提高，相信在热重分析仪研发方面也能取得更大突破.同时，我国相关仪器厂商也应一步一个脚印、不断提升自主创新能力，才能在日益激烈的热分析市场竞争中处于不败之地.　　参考文献　　1　　SeifiaH,GholamibT,SeificS,GhoreishiaSM,Salavati-NiasaribM.JAnalApplPyrolysis,2020,149:104840.doi:10.1016/j.jaap.2020.104840　　2　　PeñalverR,Arroyo-ManzanaresN,Lopez-GarcíaI,Hernández-CórdobaM.Chemosphere，2020,242:125170.doi:10.1016/j.chemosphere.2019.125170　　3　　ChenYongxuan(陈咏萱),ZhouDongshan(周东山),HuWenbing(胡文兵).ActaPolymericaSinica(高分子学报),2021,52(4):423-444　　4　　DingYanwei(丁延伟).FundamentalsofThermalAnalysis(热分析基础).Hefei(合肥):UniversityofScienceandTechnologyofChinaPress(中国科学技术大学出版社),2020.doi:10.3866/pku.dxhx202012012　　5　　GB/T6425-2008NomenclatureforThermalAnalysis(热分析术语).NationalStandardsofPeople’sRepublicofChina(中华人民共和国国家标准),2008.doi:10.1016/S1734-1140(13)71006-5　　6　　IHainesPJ,ThermalMethodsofAnalysis:Principles,ApplicationsandProblems.SpringerScience+BusinessMedia:Dordrecht，1995.Chap1.doi:10.1007/bf02548698　　7　　NoremSD,O’NeillMJ,GrayAP.ThermochimActa,1970,1:29-38.doi:10.1016/0040-6031(70)85026-2　　8　　GallagherPK,SchreyF.ThermochimActa,1970,1:465-476.doi:10.1016/0040-6031(70)85017-1　　9　　OzkanUS,KumthekarMK,KarakasG.JCatal,1997,171:67-76.doi:10.1006/jcat.1997.1793　　10　　McGhieAR.AnalChem,1983,55:987-988.doi:10.1021/ac00257a047　　11　　McGhieAR,ChiuJ,FairPG,BlaineRL.ThermochimActa,1983,67:241-250.doi:10.1016/0040-6031(83)80104-x　　12　　BrownME,BhenguTT,SanyalDK.ThermochimActa,1994,242:141-152.doi:10.1016/0040-6031(94)85016-x　　13　　GallagherPK,ZhongZ,CharsleyEL,MikhailSA,TodokiM,TanaguchiK,BlaineRL.JThermAnal,1993,40:1423-1430.doi:10.1007/bf02546906　　14　　WeddleBJ,RobbinsSA,GallagherPK.PureApplChem,1995,67:1843-1847.doi:10.1351/pac199567111843　　15　　GundlachEM,GallagherPK.JThermAnal,1997,49:1013-1016.doi:10.1007/bf01996788　　16　　JJG014-1996VerificationRegulationforThermalAnalyzer(热分析仪检定规程).NationalEducationCommissionofPeople’sRepublicofChina(中华人民共和国国家教育委员会),1996.doi:10.1007/978-1-349-24516-1_6　　17　　JJG1135-2017VerificationRegulationforThermogravimetricAnalyzer(热重分析仪检定规程).GeneralAdministrationofQualitySupervision,InspectionandQuarantineofthePeople’sRepublicofChina,2017.doi:10.2753/clg0009-4609390303　　18　　JJG936-2002VerificationRegulationforDifferentialScanningCalorimeter(示差扫描热量计检定规程).GeneralAdministrationofQualitySupervision,InspectionandQuarantineofthePeople’sRepublicofChina,2002.doi:10.1007/BF02856701　　19　　DingYanwei(丁延伟),ZhengKang(郑康),QianYixiang(钱义祥).IntroductiontoThermalAnalysisExperimentDesignandCurveAnalysis(热分析实验方案设计与曲线解析概论).Beijing(北京):ChemicalIndustryPress(化学工业出版社),2020　　20　　GibertJP,LopezCuestaJM,BergeretA,CrespyA.PolymDegradStab,2000,67:437-447.doi:10.1016/s0141-3910(99)00142-1　　21　　SchindlerA,DoedtM,GezginS,MenzelJ,SchmolzerS.JThermAnalCalorim,2017,129:833-842.doi:10.1007/s10973-017-6208-5　　22　　VogelC,KrugerO,AdamC.JThermAnalCalorim,2016,123:1045-1051.doi:10.1007/s10973-015-5016-z　　23　　YuanY,MaC,ShiYQ,SongL,HuY,HuWZ,MaterChemPhys,2018,211:42-53.doi:10.1016/j.matchemphys.2018.02.007　　24　　WangFang(王芳),HaoJianwei(郝建薇),LiZhuoshi(李茁实),ZouHongfei(邹红飞),ActaPolymericaSinica(高分子学报),2016,7:860-870.doi:10.11777/j.issn1000-3304.2016.5329　　25　　DorezG,TaguetA,FerryL,LopezCuestaJM.PolymDegradStab,2014,102:152-159.doi:10.1016/j.polymdegradstab.2014.01.018　　26　　HatakeyamaH,JThermAnalCalorim,2014,118:23-30.doi:10.1007/s10973-014-3959-0　　27　　GerassimidouS,VelisCA,WilliamsPT,KomilisD,WasteManageRes,2020,38(9):942-965.doi:10.1177/0734242x20941085　　28　　RegoF,DiasAPS,GasguilhoM,RosaFC,RodriguesA.BiomassBioenerg,2019,122:375-380.doi:10.1016/j.biombioe.2019.01.037　　29　　ZhangWJ,ShiXH,ZhangYX,GuW,LiBY,XianYZ.JMaterChemA,2013,1:1745-1753.doi:10.1039/c2ta00294a　　30　　PassauerL.ProgOrgCoat,2021,157:106331.doi:10.1016/j.porgcoat.2021.106331　　31　　MasI,Hortelano,Ruiz-BermejoM,FuenteJL.EurPolymJ,2021,143:110185.doi:10.1016/j.eurpolymj.2020.110185　　32　　LaidlerKJ.JChemEduc,1984,61(6):494-498.doi:10.1021/ed061p494　　33　　HarcourtAV.PhilTransR.SocLondA,1913,212:187-204　　34　　FreemanES.CarrollB.JPhysChem,1958,62(4):394-397.doi:10.1021/j150562a003　　35　　NewkirkAE.AnalChem,1960,32(12):1558-1563.doi:10.1021/ac60168a006　　36　　SharpJH,WentworthSA.1969,41(14):2060-2062.doi:10.1021/ac50159a046　　37　　KissingerHE.AnalChem,1957,29(11):1702-1706.doi:10.1021/ac60131a045　　38　　FriedmanHL.JPolymSci:PolymSymp,1964,6:183-195.doi:10.1002/polc.5070060121　　39　　VachuskaJ,VoborilM.ThermochimActa,1971,2(5):379-392.doi:10.1016/0040-6031(71)85014-1　　40　　HorowitzHH,MetzgerG.AnalyChem,1963,35(10):1464-1468.doi:10.1021/ac60203a013　　41　　DharwadkarS,KarkhanavalaM.ThermAnal,1980,18(1):185-191.doi:10.1007/bf01909466　　42　　CoatsAW,RedfernJ.Nature,1964,201(4914):68-69.doi:10.1038/201068a0　　43　　OzawaT.BullChemSocJpn,1965,38(11):1881-1886.doi:10.1246/bcsj.38.1881　　44　　FlynnJH,WallLA.JResNatBurStand,1966,70(6):487-523.doi:10.6028/jres.070a.043　　45　　FlynnJH,WallLA.JPolymSci,PartC:PolymLett,1966,4(5):323-328.doi:10.1002/pol.1966.110040504　　46　　ZsakoJ.JPhysChem,1968,72(7):2406-2411.doi:10.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仪器信息网讯 高分子材料也称为聚合物材料，可分为塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料和高分子基复合材料等。仪器信息网将于2023年8月1-2日举办“高分子材料表征技术”主题网络研讨会（2023），本届会议报告将聚焦于高分子材料研究与表征测试技术，致力于为国内高分子材料研究、应用及检测的相关工作者提供一个突破时间地域限制的免费学习平台。一、组织单位主办单位：仪器信息网支持单位：北京化工大学新材料校友会二、会议时间2023年8月1-2日三、会议日程及报告嘉宾：会议日程报告时间报告题目报告嘉宾8月1日上午 高分子材料研究（上）09:30--10:00胶体分子功能材料与器件复旦大学教授 聂志鸿10:00--10:30全柔性偶氮苯液晶弹性体紫外光探测材料与应用研究北京航空航天大学教授/系主任 陈爱华10:30--11:00新型聚合物质谱分析软件和表征手段的应用沃特世科技（上海）有限公司材料科学市场部高级应用工程师 李欣蔚11:00--11:30高分子过冷液体的热力学-动力学关系中国科学院长春应用化学研究所研究员 徐文生11:30--12:00光诱导活性聚合体系的构建及其在活性3D打印中的应用苏州大学教授 朱健8月1日下午 高分子材料研究（下）14:00--14:30可多次回收的热固性弹性高分子北京化工大学教授 曹鹏飞14:30--15:00基于分子滑轮的柔性材料南京大学副教授 张秋红15:00--15:30丝纳米材料上海科技大学PI/研究员 凌盛杰15:30--16:00复合质子交换膜的研发策略华南理工大学教授 殷盼超16:00--16:30塑料的增韧及增强改性原理及技术北京化工大学教授 汪晓东8月2日上午 高分子表征技术（上）09:30--10:00聚合物材料老化早期荧光检测及其服役寿命预测北京化工大学教授/博导 吕超10:00--10:30聚合物复合材料微观结构与性能的原子力显微镜研究北京化工大学教授 王东10:30--11:00水相体积排除色谱表征聚合物分子量及其分布武汉大学教授 蒋序林11:00--11:30光电高分子薄膜的力学性能表征与调控天津大学教授 叶龙8月2日下午 高分子表征技术（下）14:00--14:30X射线单晶衍射解析高分子单晶精准结构青岛科技大学教授 赵英杰14:30--15:00多孔高分子材料的固体核磁表征技术北京理工大学教授 黄木华15:00--15:30赛默飞Orbitrap静电场轨道阱超高分辨质谱在材料分析中的应用赛默飞世尔科技（中国）有限公司高级应用工程师 邝江濛15:30--16:00新型生物基呋喃聚酯的合成与热性能表征中国科学院宁波材料技术与工程研究所教授级高工 王静刚16:00--16:30高性能聚乙烯材料的合成与表征安徽大学教授 代胜瑜注：会议日程以及后续调整以会议页面显示为准扫码报名嘉宾介绍（按报告顺序排序）：复旦大学教授 聂志鸿聂志鸿，复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室特聘教授；国家杰出青年基金获得者。2008年于加拿大多伦多大学获博士学位，2008-2010年于哈佛大学George M. Whiteside课题组进行NSERC博士后研究。2011年受聘为马里兰大学帕克分校助理教授，2017年获得终身教职，随后全职加入复旦大学。主要研究方向为聚合物与纳米粒子自组装、生物成像与药物释放、等离功能材料等。迄今在Science等期刊发表学术论文150余篇，论文被引用21000余次。担任Soft Matter期刊副主编，Theranostics、Giant、Supramolecular Materials等期刊编委。曾获美国国家科学基金会Career Award、英国皇家化学会会士、美国化学会石油研究基金青年教授奖、3M公司青年教授奖等荣誉。北京航空航天大学教授/系主任 陈爱华陈爱华，教授，博导，北京航空航天大学材料学院高分子及复合材料系主任。从事液晶高分子、柔性电子材料、智能高分子材料等研究工作，在Nat. Commun.、Adv. Mater.等期刊发表SCI论文50余篇，授权中国发明专利7项，日本发明专利1项，公开国际PCT专利1项。受邀在国内外期刊Adv. Sci.,《应用化学》等发表综述论文3篇；国内/国际学术会议邀请报告十余次。先后入选北京市科技新星、教育部“新世纪优秀人才”。沃特世科技（上海）有限公司材料科学市场部高级应用工程师 李欣蔚李欣蔚，2011年加入Waters，有十几年的色谱、质谱行业经验，负责相关领域的色谱、质谱应用方案支持，帮助客户实现检测效率最大化；对接最新国际材料领域检测方案、推进全国化工行业高端客户合作、熟知细分行业材料分析思路；推动开发应对产业难题的解决方案，基于不同材料类型、不同应用领域、不同产业链需求制定定制化方案指导。中国科学院长春应用化学研究所研究员 徐文生徐文生，博士，中国科学院长春应用化学研究所研究员、博士生导师，国家优青。2007年7月在天津大学获得学士学位，2012年7月在中国科学院长春应用化学研究所获得博士学位。2013年1月至2018年9月先后在美国芝加哥大学和美国橡树岭国家实验室从事博士后研究，合作导师分别为Karl F. Freed院士和Yangyang Wang研究员。2019年1月入职中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室任研究员。以项目负责人身份主持国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、面上项目和中科院长春应化所启动基金等科研项目。已发表SCI学术论文58篇，以（共同）通讯/第一作者在Phys. Rev. Lett.（1篇），Macromolecules（18篇），ACS Macro Lett.（2篇），J. Chem. Phys. （12篇）等期刊上发表论文54篇。受邀在全国高分子学术论文报告会、中国化学会学术年会、国家自然科学基金委员会化学科学部化学理论与机制青年学者学术交流研讨会等会议上做学术报告交流。指导的博士后获国家自然科学基金青年科学基金项目、博士后国际交流计划引进项目、中国科学院特别研究助理资助项目、中国博士后科学基金面上项目等科研项目资助。苏州大学教授 朱健朱健，苏州大学材料与化学化工学部，教授，副主任。主要研究兴趣：高分子精密合成；含硒聚合物的设计与合成；功能性高分子材料的结构设计与合成等。主持国家十三五重大专项子课题两项，国家自然科学基金项目三项，江苏省自然科学基金和教育厅重点项目各一项。积极与企业合作，共同开发各类产品。获中国化工学会基础研究一等奖，江苏省科技进步二等奖和教育部科技进步二等奖，苏州大学教学成果一等奖各一项。先后发表研究论文200多篇，获美国发明专利授权3项，澳大利亚发明专利授权2项，中国发明专利授权21项。北京化工大学教授 曹鹏飞曹鹏飞，教授，博士生导师，教育部重点实验室副主任。任英国皇家化学会高分子材料顶刊RSC Applied Polymers 和国产高水平期刊Supramolecular Materials副主编，美国化学学会Macromolecules和美国材料学会MRS Communications编委。主要研究高性能弹性高分子材料的设计、合成、性能分析及其在能源领域的应用。分别于2008年和2010年取得天津大学学士及硕士学位，2015年取得美国凯斯西储大学博士学位。归国前在美国能源部橡树岭国家实验室担任正式研究员（独立PI, 永久研究岗位），曾获得2021年度R&D 100 Award（国际科研创新界“奥斯卡奖”之称），美国化学会2021年高分子杰出青年奖和2023年材料科学之星。 南京大学副教授 张秋红张秋红，南京大学化学化工学院副教授、博士生导师。2003年-2007年毕业于南京大学化学化工学院化学专业，2012年获得化学化工学院高分子化学与物理专业博士学位，2012年起任化学化工学院助理研究员，2015年起任化学化工学院副研究员，2017年斯坦福大学访问学者，2019年任化学化工学院副教授。2019年获教育部科技进步二等奖；2022年江苏省“333高层次人才工程”。目前以第一作者、通讯作者在 JACS, Angew. Chem, Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Macromolecules 等杂志发表40余篇论文，撰写专著章节一章，获得授权专利三项。目前主持国家自然科学基金、江苏省自然科学基金在内的多项项目。上海科技大学PI/研究员 凌盛杰凌盛杰，上海科技大学，物质科学与技术学院PI、研究员、博士生导师。先后在复旦大学（博士）、瑞士苏黎世联邦理工学院（联合培养博士研究生）、麻省理工学院及塔夫茨大学（博士后）学习和工作。长期致力于然高分子的基础性研究、应用开发和产业转化工作。作为第一/通讯作者在Nat. Rev. Mater.、Chem. Soc. Rev. 、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Adv. Mater.等学术期刊发表论文100余篇。先后担任ACS Biomaterials Science & Engineering、Journal of Renewable Materials、《林业工程学报》、《防化研究》、Materials Futures、Nano-Micro Letters期刊青年编委。主编出版了关于纤维蛋白的专著一部。入选2022年“全球前2%顶尖科学家榜单年度科学影响力排行榜”，获上海市浦江人才、青年东方学者和青年拔尖人才等项目支持。华南理工大学教授 殷盼超殷盼超，华南理工大学软物质科学与技术高等研究院教授、特聘研究员，发光材料与器件国家重点实验室固定成员。殷盼超于2009年获得清华大学高分子材料与工程学士学位，之后于2013年获得美国里海大学化学博士学位，并在2015年在美国阿克伦大学高分子科学系完成博士后研究。在2015年荣获诺奖得主冠名的Clifford Shull Fellow职位加入美国橡树岭国家实验室开展独立研究。2017年加盟华南理工大学，并任中国物理学会中子散射专业委员会委员、中国散裂中子源用户委员会委员，主要从事聚合物基团簇杂化复合材料的制备-结构-性能相关性中的微观机制和理论基础研究，指导质子导体、气体分离膜以及防爆防冲击材料的研发。曾入选相关青年人才计划、“2017福布斯中国30位30岁以下精英榜”以及2021年度Arthur E. Martell Early Career Researcher Prize，目前共发表SCI论文100余篇，近五年以通讯作者身份在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Lett.、 Chem. Sci.、J. Phys. Chem. Lett.等杂志上发表论文40余篇。北京化工大学教授 汪晓东汪晓东，男，1967年出生，江苏苏州人，教授、博士生导师。1996年获北京化工大学高分子材料专业博士学位，同年赴韩国DOOSAN电子集团研究与开发中心做博士后研究，1998年回国在北京化工大学从事教学与科研工作，时任副教授，2002年晋升为教授，2003年被聘为博士生导师。后作为国家公派访问学者分别于2001年和2012年赴韩国KOLON工业集团中央研究院和法国巴黎第六大学从事科学研究各一年。自参加工作以来，主要从事塑料改性、先进复合材料加工、功能高分子设计及合成、相变储能材料设计制备等领域的研究工作。作为项目负责人主持了科技部国家“十一五”和“十二五”支撑计划项目、国家重点研发项目和国家自然科学基金等多个国家级课题的研究工作。其中研究成果分别获得国家科技进步三等奖、国防科工委科技进步二等奖和（原）化工部科技进步二等奖各一项。作为第一发明人取得授权国家发明专利20余项，作为第一作者或通讯作者，在国内外学术刊物上发表学术论文200余篇，其中在SCI收录的国外高水平英文期刊上发表学术论文180余篇。目前的社会兼职工作包括：中国石化联合会所属“全国石油和化工行业聚甲醛制备及加工应用工程实验室”副主任、深圳市化工学会副理事长、《中国塑料》期刊编委、江苏省连云港市东海县科技镇长等。北京化工大学教授/博导 吕超吕超，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授。北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室、化学学院教授，博士生导师。主要研究领域为材料结构发光表征新方法。主持国家自然科学基金应急管理重点项目和国家973计划子课题等项目近10项，以通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、Sci. Adv.、ACS Cent. Sci.、Chem. Sci.、Anal. Chem.、Chem. Soc. Rev. 等期刊发表论文100余篇，申请中国发明专利11项，已授权7项，专利技术转化2项，申请国际发明专利1项。已获批中国石油和化学工业联合会团体标准1项和企业标准3项。获得2015年高等学校自然科学二等奖、2020年及2012年中国分析测试协会科学技术一等奖等。北京化工大学教授 王东王东，北京化工大学材料科学与工程学院，有机无机复合材料国家重点实验室，教授、 博士生导师。2008 年获清华大学工学博士学位，2008 年至 2015 年在日本东北大学先后 担任助手和助理教授，其间 2012 年至 2013 年在美国麻省大学 Amherst 分校进行访问学 者研究。2015 年回国加入北京化工大学。 主要从事发展及应用原子力显微镜表征聚合物微观结构与性能的研究。先后主持和参 与了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目。出版《原子力显微镜及聚合物微 观结构与性能》专著一部，参编英文专著 2 部，在 PNAS，JACS，Macromolecules 等期刊上发表学术论文 80 余篇 任 Polymer 编委。武汉大学教授 蒋序林 蒋序林，武汉大学化学院生物医用高分子材料教育部重点实验室，教授、博士生导师， 主要研究领域：生物医用高分子材料，药剂学，高分子分离与表征。2004年在荷兰阿姆斯特丹大学高分子分析组获博士学位，2006年回国以来主持国家自然科学基金项目8项和1项国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”重点专项。在国际专业期刊上发表SCI论文100余篇，多次受邀参加国际会议作邀请报告和分会场主席，获中国发明专利授权12项。获得南京市2015年度“领军型科技创业人才引进计划”人选，最新的研究项目是合成和准确表征了一系列温敏性改性可注射甲壳素水凝胶，并用于细胞载体、3D打印生物墨水和组织工程原位微创修复等研究。天津大学教授 叶龙叶龙，天津大学英才教授、博导。2015年在中科院化学所取得博士学位，2015-2019年先后作为博士后、研究助理教授在美国北卡罗来纳州立大学物理系工作，2019年10月入选北洋学者英才计划进入天津大学材料学院工作，2020年入选国家高层次青年人才计划。迄今，作为第一或通讯作者在Nature Mater., Joule, Adv. Mater., Mater. Today等国际学术期刊发表100余篇论文，为4本英文专著中撰写了章节。全部论文SCI引用超过18000次，H因子为68。作为负责人主持了国家重点研发计划课题以及北京光源、上海光源、澳大利亚光源、中国散裂中子源等多个大科学装置的18项课题（其中，上海光源重点课题1项）。先后荣获中国百篇最具影响国际学术论文、全球高被引科学家（2019-2022连续四年）、英国皇家化学会JMCA新锐科学家、Materials Today Energy青年科学家、RSC优秀导师等荣誉。青岛科技大学教授 赵英杰赵英杰，2011年博士毕业于中科院化学所，2011-2016年先后在瑞士日内瓦大学，苏黎世联邦理工学院从事博士后研究。2016年获海外高层次人才项目资助，目前为青岛科技大学教授，中国化学会青委会委员。主要研究方向为二维高分子材料。主要致力于晶态高共轭二维、三维高分子材料的设计合成和能源、催化方面的应用研究。通过动态共价化学、自组装等方式在溶液相、界面以及晶体相中实现高结晶性有机二维、三维材料的制备，探讨该种新材料在光、电催化、储能等领域的应用。作为第一作者或通讯作者在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Syn., Nat. Commun.等国际学术期刊上发表文章100余篇。北京理工大学教授 黄木华黄木华，博士，北京理工大学长聘教授，博士生导师。2001年获北京师范大学化学系理学学士学位， 2006年获中科院化学所理学博士学位。2006-2011年，先后在瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH-Zurich）和英国利物浦大学（University of Liverpool）进行博士后研究。2012年3月加入北京理工大学材料学院从事教学科研工作。为研究生讲授《新型含能材料》课程，为本科生开设《Designing Organic Synthesis》和《核磁共振波谱技术实践》课程。作为项目负责人承担国家自然科学基金、北京市自然科学基金、装发项目以及企业横向合作课题等多项，总经费超过4000万元。具体研究方向包括：(1)多孔高分子材料；(2) 退役含能材料的资源化利用技术；(3)核磁共振波谱技术。已在Nature Chemistry, Journal of Materials Chemistry A, Chemistry of Materials, Green Chemistry和Journal of Physical Chemistry Letters等杂志上发表研究论文40余篇，申请中国发明专利和中国国防发明专利30多项，已授权发明专利18项。赛默飞世尔科技（中国）有限公司高级应用工程师 邝江濛 邝江濛，博士毕业于英国University of Birmingham地理地质及环境科学系，主要研究方向为利用质谱技术分析环境中的痕量污染物。本科及硕士毕业于清华大学环境学院。2021年加入赛默飞世尔科技（中国）有限公司，负责环境化工领域液相色谱质谱仪的应用支持工作，于质谱分析特别是高分辨质谱分析有着丰富的经验。中国科学院宁波材料技术与工程研究所教授级高工 王静刚王静刚，中国科学院宁波材料技术与工程研究所教授级高工，博导，中国塑料加工协会专家委员会委员，浙江省万人计划青年拔尖人才，宁波市创新领军人才等，获得高分子材料与工程青年科技奖、宁波市科技进步奖等。主要从事生物基高性能聚酯的合成与应用研究，以可再生资源为主要原料，合成了系列生物基芳香单体并实现了高阻隔、高耐热、可降解等系列新型生物基聚酯产业化开发。先后主持了国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目、企业重大转移转化项目等21项，在Chemical Engineering Journal，ACS Sustainable Chemistry and Engineering等国际期刊上发表SCI研究论文76篇，申请及授权发明专利88项，主撰写《生物基呋喃聚酯》，《生物基高分子材料技术》副主编等。安徽大学教授 代胜瑜代胜瑜，安徽大学，副教授，硕士生导师，课题组长。在Angew. Chem. Int. Ed., ACS Catal. Macromolecules, J. Catal., Chem. Commun., Inorg. Chem. Polym. Chem., Organometallics等国际重要期刊发表论文 70 余篇，10 篇入选ESI高被引论文。论文总被引用3000余次，H因子为30。主持并完成中央高校基本科研业务费，博士后基金面上项目和国家自然科学基金青年基金各一项。现主持安徽省优秀青年基金20万，安徽大学高层次人才启动项目80万以及石化企业各类横向经费100多万元等。学术兼职：1，Current Organic Chemistry (Impact Factor: 2.226) Executive Guest Editor. 2,《合成化学》编辑部青年编委。3, Frontiers in Chemistry (Impact Factor: 5.545), Associate Editor. 4, Polymers (Impact Factor: 4.967), Guest Editor. 5, Polymer International (Impact Factor: 3.213), Guest Editor. 主要从事高分子材料合成与应用相关领域的工作，特别是金属有机催化的高分子合成。产业兼职：江苏省科技副总，中石化控股上市公司首席科学家。四、会议形式仪器信息网3i讲堂直播平台五、参会方式1.本次会议免费参会，详细会议日程及参会报名请点击：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/polymer2023/或扫码二维码报名2. 温馨提示1) 报名后，直播前一天助教会统一审核，审核通过后，会发送参会链接给报名手机号。填写不完整或填写内容敷衍将不予审核。2) 通过审核后，会议当天您将收到短信提醒。点击短信链接，输入报名手机号，即可参会。六、会议联系会议内容：管编辑17862992005，guancg@instrument.com.cn会议赞助：刘经理15718850776，liuyw@instrument.com.cn

2011年5月25－26日，美丽的海滨城市青岛，德国耐驰仪器公司联合国内橡塑行业的顶级实验室&ldquo 青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室&rdquo ，邀请德国爱尔兰根- 纽伦堡大学高分子材料工程研究所的多位热分析方面的资深技术专家来中国举办&ldquo 2011中德高分子材料热分析技术研讨会&rdquo 。 本次研讨会针对现代热分析技术在橡胶与塑料材料及其工程领域的应用技术及其进展作专题报告，同时还将围绕各种热分析仪器的使用方法以及测试过程中经常见的技术问题进行现场分析和研讨。此次会议希望能为橡塑材料与工程领域从事热分析技术的同行提供一个专题学习和交流的平台，共同分享各自在热分析领域的知识、方法、经验和最新研究成果，促进橡塑领域包括热分析技术在内的技术创新。 此次会议不但包括多场精彩的技术报告，同时还安排有现场的仪器演示和操作，集理论和实践于一体，内容丰富实用，将中德两国专家多年积累的实践经验言传身教，相信一定让您受益匪浅。 本次研讨会的详细日程在附件中，请您查看。时间紧迫，机会难得，请各位尽快报名参加吧。 如有任何疑问请联系如下人员：耐驰科学仪器商贸（上海）有限公司马晓莉电话：010－82336421－118手机：13811407429邮箱：xiaoli.ma@netzsch.com 李 静电话：021－51089255－686手机：13801975042邮箱：jing.li@netzsch.com 耐驰科学仪器商贸（上海）有限公司市场部 www.netzsch.cn img1.17img.cn/17img/old/NewsImags/File/2011/5/2011051217011884588.doc

2021年，《高分子学报》邀请到国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写从基本原理出发的高分子现代表征方法综述并上线了虚拟专辑。仪器信息网在获《高分子学报》副主编胡文兵老师授权后，也将上线同名专题并转载专题文章，帮助广大研究生和年轻学者了解、学习并提升高分子表征技术。在此，向胡文兵老师和组织及参与撰写的各位专家学者表示感谢。高分子表征技术专题前言孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”。 我们要做好高分子的科学研究工作，掌握基本的表征方法必不可少。每一位学者在自己的学术成长历程中，都或多或少地有幸获得过学术界前辈在实验表征方法方面的宝贵指导！随着科学技术的高速发展，传统的高分子实验表征方法及其应用也取得了长足的进步。目前，中国的高分子学术论文数已经位居世界领先地位，但国内关于高分子现代表征方法方面的系统知识介绍较为缺乏。为此，《高分子学报》主编张希教授委托副主编王笃金研究员和胡文兵教授，组织系列从基本原理出发的高分子现代表征方法综述，邀请国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写。每篇综述涵盖基本原理、实验技巧和典型应用三个方面，旨在给广大研究生和年轻学者提供做好高分子表征工作所必须掌握的基础知识训练。我们的邀请获得了本领域专家学者的热情反馈和大力支持，借此机会特表感谢！从2021年第3期开始，以上文章将陆续在《高分子学报》发表，并在网站上发布虚拟专辑，以方便大家浏览阅读. 期待这一系列的现代表征方法综述能成为高分子科学知识大厦的奠基石，支撑年轻高分子学者的茁壮成长！也期待未来有更多的学术界同行一起加入到这一工作中来.高分子表征技术的发展推动了我国高分子学科的持续进步，为提升我国高分子研究的国际地位作出了贡献. 借此虚拟专辑出版之际，让我们表达对高分子物理和表征学界的老一辈科学家的崇高敬意！ 原文链接：http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304.2020.20238《高分子学报》高分子表征技术专题链接：http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304荧光关联光谱在高分子单链研究中的应用周超 1,2 ,杨京法 1,2 ,赵江 1,2 1.中国科学院化学研究所机构　北京 1001902.中国科学院大学机构　北京 100049作者简介: 赵江，男，1967年生. 分别于1989年、1992年在吉林大学物理系获得学士、硕士学位，1995年于中国科学院物理研究所获得博士学位，之后分别于北京大学化学与分子工程学院、日本产业综合研究所、美国伊利诺伊大学从事博士后研究，2004年起于中国科学院化学研究所任研究员，入选中国科学院“百人计划”，2009年获得国家杰出青年科学基金资助，2013年当选美国物理学会Fellow. 以单分子荧光显微与光谱方法开展关于高分子物理基础性研究，研究方向包括：多电荷大分子、聚合物表界面、高分子动力学、相变与玻璃化转变等 通讯作者: 赵江, E-mail: jzhao@iccas.ac.cn摘要: 荧光关联光谱(fluorescence correlation spectroscopy，FCS)是一项用于研究体系动力学性质的统计光谱技术，随着它被引入材料与化学研究领域，近年来取得了大量全新的研究成果. 该技术在高分子科学研究中也逐渐发挥出越来越大的作用，特别是在聚合物结构和动力学方面，这表明它在高分子领域的巨大潜力. 本文将从FCS的基本原理、实验技巧以及在一些具有挑战性体系中的应用等方面展开，着重介绍它在高分子溶液，如聚电解质溶液、高分子混致不溶现象，以及不同的表界面体系中取得的新成果，展示FCS区别于其他传统技术的特点和优势.关键词: 荧光关联光谱 / 高分子 / 聚电解质 / 表界面 / 混致不溶 目录1. 荧光关联光谱的基本原理2. 荧光关联光谱的实验技巧2.1 实验样品的标记和纯化2.2 激发体积的校准3. 荧光关联光谱在高分子单链研究中的应用3.1 FCS在聚电解质体系中的应用3.2 FCS在高分子混致不溶现象中的应用3.3 FCS在表界面体系中的应用3.4 FCS在有外场作用的体系中的应用4. 荧光关联光谱技术的发展和应用5. 结论参考文献高分子物理研究的目标之一是探究聚合物在不同尺度上的结构与动力学，及其对于高分子体系性质的决定性. 其中，聚合物构象是最为基础的研究内容. 高分子构象是指由于主链上单键内旋转而产生的分子链在空间的不同形态. 对于中性聚合物体系，由于分子链的结构自相似性，利用标度理论可以成功描述其在良溶剂、θ溶剂以及不良溶剂中分子链的尺寸. 散射技术是研究高分子链构象最成功的方法，如：光散射、X射线散射以及中子散射. 就动态光散射而言，它通过检测高分子溶液散射光强随时间涨落而得到其关联函数，从而获得单分子链的扩散速率信息，并获得分子链的流体力学半径信息[1,2]. 结合静态散射实验所获得的回转半径，可以确定聚合物在溶液中的形态[3,4]. 虽然光散射方法在具有短程相互作用的中性聚合物体系表征中非常成功，但是该项技术在一些条件或情形下却遇到了很大的困难，如：多电荷体系、多组分复合体系、表界面体系等. 在多电荷体系中，多重长程静电相互作用使得动态光散射信号中出现令人费解的“快慢模式”[5~7]. 用光散射法来考察高分子的混致不溶现象时，混合溶液中强烈的组分涨落导致强烈的光散射背景信号，严重影响了光散射对信息的提取[8]. 因此，采用新的技术和研究方法开展高分子表征无疑是重要的.荧光关联光谱(fluorescence correlation spectroscopy，FCS)是表征高分子的有效新方法之一. 它与动态光散射同属于光子相关光谱技术，通过分析光信号的涨落而得到分子链动力学信息. 然而，FCS具有很高的探测灵敏度，通过获取荧光涨落信号而得到单个分子的动力学信息. 荧光关联光谱技术是由Madge、Elson和Webb[9~11]在20世纪70年代发展起来的，20世纪90年代，随着Rigler等[12]将共聚焦技术引入，FCS得到快速发展. 采用共聚焦显微技术，FCS的激发-探测空间体积缩小至~10−15 L，激发-探测空间内的分子数目大大地降低，实验的信噪比也随之提高. 与此同时，具有很高灵敏度的单光子检测器的采用使得FCS实现了单分子水平的测量. 随着计算机技术的进步，数据采集卡能够实时地进行数据的采集和相关性计算，使得FCS技术得到了重要的突破，在科学研究中的应用也越来越广泛.近年来，FCS在高分子物理研究中逐渐表现出重要作用，相比于传统的散射技术，它有着独特的优势. 第一，FCS具有极高的灵敏度，可以在极稀薄条件下(~10−9 molL−1)进行测量，同时具有达到光学衍射极限空间分辨率(~200 nm)与出色的时间分辨率(10−6 s). 第二，FCS的信噪比与聚合物的分子量无关. 在实验中，聚合物链通过化学键合的方式实现一比一的荧光标记，因此，分子量不同的样品对于信号的贡献相同. 但是，对于光散射技术而言，散射光强与聚合物分子量具有依赖性，因而信噪比也随之改变，分子量偏小样品的实验难度较大. 第三，对样品的荧光标记同样带来了可选择性与识别性，实现了同一体系中不同组分的区分式研究. 例如，通过对不同组分使用不同的荧光分子进行标记，采用多色FCS对各组分间的运动及其关联进行分析；也可选择性地对多组分体系中的特定组分进行标记，实现复杂体系中特定组分的研究.伴随着FCS技术的发展以及与其他研究手段的联用，其应用越来越广泛，从最初的生物领域[13~15]到胶体[16,17]、聚合物[18,19]，从溶液[20~23]到熔体[24~26]、凝胶[27~29]、表界面体系[30~32]等，都取得了许多原创性的成果. 值得指出的是，FCS在测量平动和转动扩散系数、反应速率常数、平衡结合常数、细胞内粒子浓度等方面有着突出的优势[33~35].1. 荧光关联光谱的基本原理当一个体系处于热力学平衡态时，分子的热运动会导致体系浓度、密度等发生局部涨落. 通过相关分析方法，计算这些局部涨落的关联函数，就可以从信号中提取出体系的热力学信息. 动态光散射技术正是运用了此方法，通过测量溶液的散射光强随时间涨落而获得其关联函数，从而获得样品的动力学信息. 荧光关联光谱测量共聚焦空间内样品荧光强度随时间的涨落，通过计算其关联函数而得到对涨落有贡献的热力学性质信息.在激发空间内在任一时刻荧光强度F(t)，激发空间内荧光信号在t时刻的强度涨落δF(t)为：其中，⟨F(t)⟩=1/T∫0TF(t)dt，为从0到T 时间内的平均荧光强度.上述涨落的归一化自关联函数为G(τ)：自关联函数包含了导致共聚焦空间内荧光信号强度涨落的所有信息，如：平动及转动扩散导致的荧光信号涨落、探针的光物理和化学变化(如：三重态)等导致的涨落等. 对于单光子激发体系，激发空间内的光强分布满足三维高斯分布，对在溶液中进行三维扩散的荧光分子而言，其浓度的涨落满足扩散方程，因而其关联函数的表达式为：其中，Veff=π1.5w02z0为激发空间的体积，特征时间τD=w02/4D为荧光分子通过激发空间所需的平均时间. G(0)=1/Veff⟨c⟩=1/N为激发空间内荧光分子平均数目的倒数，当样品的浓度越低时，G(0)值越大.从G(τ)的表达式可知，FCS的自关联函数有4个变量w0、z0、⟨c⟩、D，其中w0、z0属于仪器的参数，即共聚焦空间的横向半径与纵向半高度，而⟨c⟩、D分别是荧光分子的平均浓度和扩散系数. 因此，在准确标定仪器参数w0w0、z0z0的条件下，通过数值拟合将得到未知样品的浓度和扩散系数. 扩散分子的流体力学半径可以根据Stokes-Einstein方程得到：其中，kB为玻尔兹曼常数，T为温度，η为介质黏度.FCS仪器结构如图1所示，激光器的输出光经过准直扩束后由二向色镜反射进入物镜，并经物镜聚焦在样品中激发荧光. 产生的荧光由同一物镜收集，再次通过二向色镜以及滤镜将杂散的激光以及背景光过滤压制，最终由透镜聚焦并由针孔进行空间滤波进入到检测收集系统.图 1Figure 1. Schematic illustration of instrument structure of fluorescence correlation spectroscopy.由于单光子检测器可能出现接收一个光子产生多个电子的情况，为了消除这个过程带来的误差，可以将荧光信号分成等强度的两部分，然后对2个通道内的信号作交叉关联：2. 荧光关联光谱的实验技巧由于一般的聚合物不发光，因此FCS实验所采用的样品需要进行荧光标记. 另外，在实验操作方面，最需要注意对于激发体积的严格校准，以确保实验测量的准确性.2.1 实验样品的标记和纯化样品标记方法主要有以下2种：第一，在样品需要标记的位点预留反应的基团，如：氨基、羧基、叠氮基团等，再根据不同的基团及FCS实验的要求选择合适的活性荧光分子进行化学键合. 为了获得较高的标记效率，在标记过程中加入的荧光分子的量远大于聚合物，所以反应结束后有大量游离的自由荧光分子存在，需要通过体积排除色谱和超滤等方法进行分离提纯，直至滤液中不再检测到荧光信号.第二，在样品合成过程中加入适当比例的共聚合荧光单体进行共聚，例如，通过RAFT聚合制备聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)时，可以加入适当比例的荧光单体来合成具有一定分子量范围、分子量分布较窄和荧光标记的样品[36]. 反应完成后同样也需要超滤、透析等方式进行分离提纯.2.2 激发体积的校准FCS实验之前，需要对仪器进行校正得到仪器激发体积的参数. 采用已知浓度和扩散系数的荧光分子样品来进行校正，例如Rhodamine 6G (Rh6G)分子，它在纯水中的扩散系数为414 μm2s−1 (25 °C)，实验中一般将其配置成5×10−9 molL−1 (5 nmolL−1)的水溶液进行FCS测量，然后通过对测得的关联函数进行拟合即可得到激发空间的尺寸.另外，温度对于扩散系数的影响很大，不同温度下进行实验时，同样需要对扩散系数进行校正，校正的公式如下：如图2所示，以波长为488 nm的激光作为激发光，对FCS测量得到的Rhodamine 6G的自相关曲线进行拟合得到激发空间的尺寸为w0=0.224 μm，z0=1.608 μm.图 2Figure 2. A typical autocorrelation function curve and the fitting result of free Rhodamine 6G molecules in water.需要说明的是，FCS的测量会受到样品体系折射率不匹配的影响. 如图3所示，当样品溶液与物镜的折射率不匹配时，会导致表观的激发体积出现显著变化：第一，表观的w0值随折射率不匹配的增加而减小，这是折射率不匹配产生的像差导致；第二，随着物镜焦点位置从界面处愈加深入到样品溶液中时，折射率不匹配导致的表观w0值的变化愈明显[36].图 3Figure 3. (a) Representative normalized autocorrelation function curves of fluorescent nanoparticles diffusing in aqueous solution of glycerol at a small focal depth (25 μm) (b) Values of the apparent lateral radius of the excitation-detection volume of FCS as a function of the refractive index of the solution. The distance of the focal point in the sample medium away from the coverslip surface is displayed. (Reprinted with permission from Ref.[36] Copyright (2012) American Chemical Society).依据FCS的原理，w20=4DτDw02=4DτD，因此，即使微小w0变化也将显著影响探针分子拟合得到的扩散系数值. 因此，选择合适的溶液体系和物镜使得折射率尽可能匹配，对于FCS的测试准确性至关重要. 在折射率不匹配问题无法避免时，如图3(b)中，可以使用一个较低的焦点位置(25 μm)能有效地避免激发体积的畸变[36].此外，如图4所示，以厚度为0.16 mm的盖玻片为例，当实验使用物镜的校正环与样品池底部的盖玻片厚度不匹配时，激发体积的尺寸也会出现较大的偏差，所以在实验前还需注意物镜校正环与盖玻片厚度是否匹配[37].图 4Figure 4. Values of the apparent lateral radius of the excitation-detection volume of FCS as a function of the value of correcting collar (Reprinted with permission from Ref.[37] Copyright (2018) University of Chinese Academy of Sciences).因此，在FCS实验中，应该尽量选择合适的物镜类型以匹配样品的折射率，并调整镜头校正环数值与盖玻片厚度一致，如果折射率不匹配的情况不能避免，那就选择较低的、固定的焦点深度值以保证实验结果可靠可信.除了上述两点之外，在实验过程中还需要注意激光光强的选择，过强的入射光容易导致荧光探针发生光漂白而带来实验误差，因此应该降低进入物镜的激光光强进行实验.3. 荧光关联光谱在高分子单链研究中的应用FCS以其独特的优势在一些传统研究手段难以涉足的高分子体系中展现出独特的优势，例如：考察水溶液中聚电解质的单链动力学[38~44]、混致不溶现象中高分子链构象的变化[36]、表界面体系中高分子的扩散动力学[30~32,45~48]等等.3.1 FCS在聚电解质体系中的应用聚电解质是主链或者侧链上带有可离子化基团的聚合物，在极性溶剂中，聚电解质主链由于解离而带电，同时存在大量带有相反电荷的抗衡离子[49,50]. 正是聚电解质链间、链段间以及链与抗衡离子间多重长程静电相互作用，在赋予聚电解质丰富性质的同时，也给聚电解质的研究带来了很大的困难[51~53]. 例如，当采用动态光散射技术研究带电聚合物体系时，在低离子强度的聚电解质溶液中，存在“快与慢”的2种松弛模式. 为了探究聚电解质中的这种多级松弛模式的起源，研究人员进行了大量的实验并提出了多种可能的解释，但至今仍未有一个确切的回答[5,6,54~56].如果采用传统散射技术来研究低离子强度条件下带电聚合物体系的扩散运动，实验中遇到不少困难，而FCS实验中样品极稀浓度和极高选择性的优势就体现出来，依靠FCS技术，研究人员可以在极稀薄条件下进行实验研究，在聚电解质溶液体系获得全新的信息.Wang等[38]利用FCS在实验上第一次观察到了在无扰溶液中疏水聚电解质的一级构象转变. 如图5(a)所示，弱聚电解质聚(2-乙烯基吡啶) (P2VP)分子的构象随带电分数的变化而呈现出一级转变特征，即：随pH的升高由伸展的线团构象至坍缩的链球. 除了通过pH值改变聚电解质的带电分数，聚电解质的构象转变也可以由改变外加盐的浓度导致，即：抗衡离子吸附与静电屏蔽作用. 如图5(b)所示，P2VP的单分子链流体力学半径随着静电屏蔽长度的增加而连续增加.图 5Figure 5. (a) Diffusion coefficient of P2VP as a function of pH value of the solution. Inset: The hydrodynamic radius of P2VP as a function of pH value (b) The hydrodynamic radius of P2VP as a function of Debye length of the system (Reprinted with permission from Ref.[38] Copyright (2007) American Institute of Physics).Xu等[39]利用FCS技术在单分子水平上研究了强聚电解质的构象. 实验发现，在无外加盐的情况下，强聚电解质聚苯乙烯磺酸钠(NaPSS)和季胺化聚(4-乙烯基吡啶)(QP4VP)的流体力学半径和聚合度之间分别存在着0.7和0.9的标度关系，说明在低离子强度时，聚电解质链的构象比中性聚合物在良溶剂中溶胀的无规线团构象更加伸展. 如图6所示，采用棒状构象的分子模型得到了理想的拟合结果(其中QP4VP在高分子量部分出现偏离是高分子量聚电解质吸附更多的抗衡离子所导致的). 拟合结果显示分子链的直径分别为2.2和2.3 nm，这比理论假设的裸露水合聚电解链的直径0.8 nm要大很多，这也说明了聚电解质链的周围有抗衡离子云的存在.图 6Figure 6. Values of hydrodynamic radius of NaPSS and QP4VP plotted as a function of degree of polymerization. The solid lines denote the numerical fitting based on the theoretical model of diffusion of a rod-like molecule, and the dashed line denotes the fitting results using the diameter of a hydrated chain, i.e., d=0.8 nm. (Reprinted with permission from Ref.[39] Copyright (2016) American Institute of Physics).Xu等[40]进一步研究了在不同外加盐浓度情况下聚电解质链的构象. 如图7所示，聚电解质分子链构象具有分子量依赖性：在低盐浓度时，短链分子的聚电解质采取棒状构象，而长链分子采取无规线团构象；随着外加盐浓度的增加，所有的NaPSS和QP4VP均采取无规线团构象.图 7Figure 7. Diffusion coefficient of NaPSS (a) and QP4VP (b) as a function of degree of polymerization under salt concentrations of 10−4, 0.1, and 1.0 molL−1, respectively The solid lines represent the results of fitting using the relation of Rh∼N−v. (Reprinted with permission from Ref.[40] Copyright (2018) American Institute of Physics).Ren等[41]通过FCS技术研究了i-motif DNA的解折叠过程. 如图8所示，在不同盐浓度的条件下，随着pH值的升高，i-motif DNA均发生了从有序的四联体结构到无规线团的构象转变，并且这一转变对盐浓度有着依赖性：盐浓度越高，解折叠的起始pH值就越低. 这种盐浓度依赖性的主要原因是外加盐的引入导致更多的抗衡离子吸附在DNA链上而降低了链的电荷密度，降低了链周围的局部质子浓度，而后者是控制折叠形成的关键因素.图 8Figure 8. The values of hydrodynamic radius of a single i-motif DNA strand as a function of pH value in the solution Three conditions were chosen: solution without any salt addition (salt-free), and 50 mmolL−1 and 100 mmolL−1 NaCl solutions (physiological environment) The start and end points of the conformation transition are denoted by the arrows. (Reprinted with permission from Ref.[41] Copyright (2018) The Royal Society of Chemistry).如果将光子计数直方图(PCH)技术与FCS相结合，可以对聚电解质主链的电势、有效带电量、抗衡离子分布等方面进行深入研究. 例如，Luo等[42]将pH敏感的荧光探针标记于NaPSS链的不同位点，采用PCH技术测量分子链局部的pH值，发现聚电解质链附近的局部氢离子浓度比本体溶液中高2~3个数量级，而末端效应使得分子链中间的静电势高于末端的静电势. 同时，他们还发现氢离子浓度在径向呈现出e指数衰减的趋势，这证明了聚电解质链周围存在抗衡离子云的说法[43].Jia等[44]研究了抗衡离子分布与聚合物浓度的依赖关系，通过FCS测量NaPSS溶液中作为抗衡离子探针的带负电荧光分子的扩散系数，确定自由探针和吸附于主链的探针2个组分，发现与主链结合的抗衡离子组分随着聚合物浓度的增加而增加. Xu等[40]采用PCH测量NaPSS单分子链电位，发现其随着聚合度的增大而单调上升，且在聚合度大的区间达到饱和. 这说明主链的静电势与分子量不是线性关系，其有效带电分数以及有效电荷密度随着分子量的增加而减小. 上述实验结果说明聚电解质抗衡离子与主链的相互作用是吸附与脱附的动态平衡，而不是经典的Manning抗衡离子凝聚[57~60].3.2 FCS在高分子混致不溶现象中的应用高分子的混致不溶现象(cononsolvency)是一类回归型过程：2种高分子的良溶剂按一定比例混合后反而成为了不良溶剂[61,62]. 一个典型的例子是：常温下聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)在水与一定比例的甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、四氢呋喃、DMSO等良溶剂的混合液中不再溶解，溶液的相分离温度显著改变，溶液黏度下降，PNIPAM凝胶溶胀率下降. 研究人员对这一现象的起源进行了大量的实验探究，至今未能达成共识[8,63~66].了解高分子链的构象对于理解混致不溶现象至关重要. 前人采用光散射方法研究了水和甲醇混合溶剂中PNIPAM链从线团到塌缩球再到线团的构象转变[64]. 需要特别说明的是，为了在极稀溶液中获得足够高的散射强度与信噪比，研究中采用了分子量高达107 gmol−1的样品. 当采用FCS技术研究该过程时，由于其超高的灵敏度以及与样品分子量无关的信噪比，可在混合溶剂环境下高分子单链的研究中提供独特的信息[67]. Wang等[36]利用FCS研究了PNIPAM在水-乙醇混合溶剂中的混致不溶过程. 如图9所示，PNIPAM具有非对称的回归型构象变化特征：随着乙醇浓度的增大，在一个很窄的乙醇浓度范围内PNIPAM链剧烈塌缩，然后在很宽的乙醇浓度范围内逐渐地再度伸展，说明这一构象转变不是先前文献中所认为的一级构象转变过程. 这表明乙醇分子比水分子更强烈地与PNIPAM链发生作用，这是由乙醇较强的疏水水合效应所致，暗示了Tanaka提出的模型中水合/失水的协同能力强于醇分子吸附/脱附的协同能力[65,66].图 9Figure 9. Normalized autocorrelation function curves of diffusing single chains of PNIPAM with five degrees of polymerizations in pure ethanol (a) and at xEtOHxEtOH of 0.25 (b) The solid line with each data set denotes the results of the numerical fitting using three-dimensional diffusion model Rh6G in (a) denotes the results of free fluorescent Rhodamine 6G, and its drastic difference from those of polymers indicates the successful labeling and sample purification (c) The values of hydrodynamic radius of PNIPAM single chains as a function of xEtOHxEtOH (Reprinted with permission from Ref.[36] Copyright (2012) American Chemical Society).如图10所示，不同乙醇浓度下得到PNIPAM单链的尺寸的标度率(Rh∼NυRh∼Nυ)表明，标度指数νν随着xEtOHxEtOH变化：随着乙醇的浓度的增加，ν从~0.57到0.5再到~1/3变化，说明在上述3个区域，PNIPAM高分子链分别采取了溶胀、无规线团、坍缩链球的构象，即：由纯水中的溶胀线团经无规线团构象而急剧转变为塌缩链球构象，进而又再度逐渐伸展，经过无规线团构象变化至溶胀线团构象. 从标度指数的变化也可以发现回归型链构象变化的高度非对称性，进一步印证了Tanaka提出的协同吸附-优先吸附模型[65,66].图 10Figure 10. Typical double-logarithmic plot of hydrodynamic radius of single PNIPAM chains as a function of degree of polymerization under different solvent compositions: (a)xEtOH=xEtOH=1.0, (b)xEtOH=xEtOH=0.28, (c)xEtOH=xEtOH=0.25 Solid lines are the least-squares linear fitting (d) The vv values as a function of xEtOHxEtOH The three dotted lines denote the theoretical values of the static scaling index for a random coil (0.588), an undisturbed coil (0.5), and a compact globule (1/3). (Reprinted with permission from Ref.[36] Copyright (2012) American Chemical Society).3.3 FCS在表界面体系中的应用受限高分子链，尤其是处于界面的高分子链结构及动力学性质，直接关系到表界面的机械性能、摩擦性能、流变性能等，这些性质与高分子材料在表界面上的应用息息相关，如涂料、润滑剂、胶黏剂等[68~71]. 但是对于高分子链在表界面处的动力学研究存在着不少技术难题，主要原因是表界面动力学带来的浓度涨落被局限于二维或准二维空间，探测难度极大，使得传统的散射方法难以应用. 近年来，得益于单分子技术的迅猛发展，空间和时间分辨能力分别有了显著的优化，极大提高了人们直接“观察”分子或粒子行为的能力，这为我们从分子水平认识聚合物在界面上的动力学性质打下了基础.荧光关联光谱因其极高的灵敏度与显微测量能力被成功地应用于表界面体系的研究中. 对于处于二维自由扩散的分子而言，其自关联函数为：其中，w0是二维FCS观察区域(即激发空间在界面等二维平面投影)的半径，⟨ρ⟩=⟨N⟩/A，即单位面积内荧光探针的平均数量，A是激发空间在界面等二维平面上投影的面积.Sukhishvili等[30]利用FCS研究了荧光染料标记的不同分子量的聚乙二醇(PEO)在固-液界面上的扩散. 从分子链界面扩散运动行为出发，分析出在极稀浓度的条件下聚合物分子在固-液界面上呈现出了紧密吸附的pancake构象，发现了界面扩散系数与分子量的-3/2的独特标度率. Zhao等[31,32]则利用FCS研究了PEO在固-液界面上扩散速率与界面吸附浓度的非线性关联性，即：随着聚合物浓度的增加，其扩散系数先增加并在某一浓度值达到极值，进而骤然大幅下降. 这是由于极低浓度分子链紧密吸附的pancake构象会随着吸附浓度的增加变成loop-tail-train构象，即：吸附使得分子链构象变得相对松散，其扩散速率由与基底接触的train部分占主导. 随着吸附浓度的增加，较为自由的loop-tail部分则增加了其运动能力，因此扩散系数增加；更高浓度时扩散系数出现骤降是因为体系中出现了jamming效应，即分子链间的作用增强，阻碍了分子链的扩散运动.Ye等[45]利用FCS研究了不同拓扑结构的聚合物链在石英-二氯甲烷界面上的扩散，如图11所示，线形聚苯乙烯(PS)扩散的标度率为D∼M−1.5，重现了reptation模型；而环形PS的标度率则为D∼M−1，展现为Rouse模型. 两者的差异是由于环形分子没有末端，无法像线形分子一样完成蛇行运动，而是由一系列链段受到热激发进行跳跃，跨过局部能垒的运动组成.图 11Figure 11. Double-logarithmic plots of center-of-mass diffusion coefficient against molecular weight for surface diffusion of cyclic (c-PS) and linear (l-PS) polystyrene chains on fused silica-DCM interface The solid lines with slopes of 1 and 3/2 are drawn as guides to the eye The dashed lines through the points representing the best fit of the data give power law slopes of 1.46 for linear chains and 1.00 for cyclic chains. (Reprinted with permission from Ref.[45] Copyright (2016) The Royal Society of Chemistry)Yang等[46]利用FCS研究了不同盐溶液作为液相时，NaPSS在疏水单层分子膜界面上的扩散行为. 如图12所示，吸附在疏水表面的聚电解质分子链的扩散受到液相中不同阴离子的影响，主要原因在于不同的阴离子效应改变了界面疏水相互作用强度，从而改变了界面与分子链之间摩擦力，造成扩散系数的显著改变.图 12Figure 12. Typical data of the lateral diffusion coefficient of a NaPSS single chain at the interface of a hydrophobic surface and an aqueous solution as a function of the salt concentration in the aqueous solution (Reprinted with permission from Ref.[46] Copyright (2011) American Chemical Society)Yang等[47]利用FCS技术研究了聚苯乙烯与聚异戊二烯(PI)的嵌段共聚物在二甲基甲酰胺(DMF)与PI聚合物构成的液体界面上的扩散运动. 如图13所示，在本体聚合物分子量跨越了2个数量级的变化，界面上PS-b-PI的扩散系数仅有轻微的下降. 这表明，在PI/DMF的体系中，存在很低黏度的界面层，该界面层的黏度与构成界面的本体聚合物的分子量不存在明显依赖性.图 13Figure 13. Interfacial diffusion coefficient of single PS-b-PI chain as a function of the molecular weight of bulk PI The dashed line is for the guide of eye Inset: illustration of the sample geometry (Reprinted with permission from Ref.[47] Copyright (2008) American Chemical Society).Li等[48]利用FCS探究了PEO分子在烷烃-水界面上的扩散行为. 研究发现，PEO在该界面上聚合物的横向扩散为正常扩散，与二维布朗运动模型相吻合. 如图14所示，液-液界面上的PEO的界面扩散系数与其聚合度之间存在D∼N−0.5的标度关系，这一新的标度关系表明其界面扩散运动遵循着新的运动机理.图 14Figure 14. The logarithm of interfacial diffusion coefficient of PEO as a function of the logarithm of molecular weight (Reprinted with permission from Ref.[48] Copyright (2020) The Royal Society of Chemistry).从单分子层面上研究界面扩散，有助于发现分子最真实和原始的扩散行为规律，这在传统的系综平均实验中往往会被忽略或者被多种因素耦合而产生的运动行为掩盖，这是上述FCS实验结果最大的优势之处. 此外，值得注意的是，在研究固-液界面上聚合物扩散机理时，不同研究团队利用FCS和单粒子追踪(single particle tracking, SPT)技术，得到了不同的结果及界面扩散机理，也因此导致了FCS和SPT 2种技术在界面分子动力学研究上存在多年的学术争论[30,31,72,73]. 我们基于这个问题也展开了实验对比，发现FCS和SPT都能够提供准确且可靠的实验结果，在条件满足时两者能够得到相互吻合相互匹配的实验结果，相关数据结果将在未来进行发表.3.4 FCS在有外场作用的体系中的应用对于聚合物而言，在其合成、分离、加工等过程中有可能会经历电场、流动场、剪切场等作用，尤其在生命体中更是常见. 因此，对于外场作用下的聚合物性质的研究也是极为重要的.当我们将荧光关联光谱应用于外场作用下的体系中时，除了分子热运动导致平动扩散引起的荧光信号涨落，还不得不考虑外场导致荧光分子定向运动通过激发体积带来的信号涨落. 带有定向运动的FCS，如果其运动的方向垂直于激光光束的方向，经过修正的模型拟合关联函数可以获得扩散系数与定向运动速率：其中，vf=w0/τf即为定向运动速率.Dong等[74]将FCS和毛细管电泳结合起来测定了量子点在极稀溶液中的表面电势. 利用FCS的自关联函数拟合得到荧光粒子的定向运动速度和扩散系数，在电泳实验中定向运动的特征时间τf和自扩散系特征时间τD之间满足：其中，Q为带电量，E为外加电场强度. 通过测定不同电场强度下定向运动和扩散的特征时间，通过线性拟合得到荧光粒子的表面电势. Wang等[75]利用FCS研究了P2VP在交变电场下的单链构象转变. 结果表明电场强度对于分子链构象的影响存在滞后转变. 这种滞后现象可以归因于单个疏水性聚电解质链的不对称双稳态能态，由于抗衡离子的解离、迁移和凝聚，其coil和globule构象之间的势垒可以通过交变电场诱导的偶极子降低到kBT以下.4. 荧光关联光谱技术的发展和应用随着FCS技术的发展，出现了双色荧光关联光谱(DC-FCCS)[76,77]、双焦点荧光关联光谱[78,79]、FCS与荧光共振能量转移(FRET)联用[80,81]、可连续改变共焦体积荧光关联光谱[82]等新技术. 这些新技术相较于传统的FCS，可以获取样品更多的热力学信息. 图15是DC-FCCS的简单示意图，采用2种波长的激光分别激发2种对应的荧光分子，然后选择性光学器件对不同波长的荧光进行分离，最后由2个APD检测器分别检测2种荧光信号，再对信号进行关联性分析. DC-FCCS的基本原理就不在此赘述，除了对2种荧光分子的荧光强度涨落进行各自的自关联分析之外，我们还可以对这2种荧光信号做交叉关联分析得到两者相互运动乃至相互作用的信息. 需要说明的是，选择的这2种荧光分子在光谱上必须分离得很好，否则会出现很大的串扰影响实验结果.图 15Figure 15. Schematic illustration of dual color fluorescence cross-correlation spectroscopyChen等[83]利用DC-FCCS和光散射相结合的方法深入研究了聚电解质溶液中单链运动之间的关联性，发现了聚电解质分子链间的运动耦合. 将DC-FCCS实验得到自关联函数的自由扩散部分转化为均方位移数据(MSD)，发现其在长短2个时间尺度上分别存在具有不同扩散系数的正常扩散运动，表明链间的静电排斥相互作用带来的“笼子效应”导致了单个分子链的自扩散运动中同样存在一快一慢2种时间尺度上的扩散模式：短时间尺度上为“笼子”内的快扩散行为，长时间尺度上为跨越不同“笼子”的慢扩散行为(如图16所示). 这2种松弛模式均存在强烈的离子强度依赖性，随着外加盐浓度的增加，削弱了链间的排斥作用而弱化了“笼子效应”，导致了长短时间尺度上的动力学非均匀性减弱，甚至消失. 实验结果还表明，聚合物浓度的增加限制了聚电解质链的运动，从而削弱了链间运动的关联性(如图16(b)所示). 将其与光散射中“慢模式”对应的扩散系数对比发现，“慢模式”对应的扩散系数数值处于分子链自扩散长短时间尺度的扩散系数之间，这说明光散射观察到的“快慢模式”与长程静电相互作用引起“笼子效应”有着密切的联系，同时也说明聚电解质的多级松弛过程比我们预想的更加复杂.图 16Figure 16. (a) Values of the diffusion coefficient of the short-time diffusion (Dshort-timeDshort-time) and the long-time diffusion (Dlong-timeDlong-time) of NaPSS with three different molecular weights under different salt concentrations (b) Diffusion coefficient of single NaPSS chain with three different molecular weights at short- and long-time lag as a function of concentration Diffusion coefficients measured by DLS (the slow mode, DDLS,slowDDLS,slow) are displayed for comparison. (Reprinted with permission from Ref.[83] Copyright (2019) American Chemical Society).5. 结论荧光关联光谱技术作为一种高灵敏度的显微统计光谱方法，能够有效地在多种复杂条件下开展高分子动力学的研究，包括：极稀薄溶液、表界面等等. 这项技术出色的空间分辨能力以及由于荧光标记带来的分子识别性，赋予了更加丰富的应用能力与前景. 随着这项技术的不断发展和应用范围的进一步拓展，相信未来它会和传统的散射技术一样被越来越多的人了解和使用，在多个领域都能取得丰富且具创造性的成果.致　谢　感谢研究生及合作者的辛勤劳动与贡献.参考文献[1]Wu C, Zhou S. Phys Rev Lett, 1996, 77(14): 3053−3055 doi: 10.1103/PhysRevLett.77.3053[2]Gao J, Wu C. Macromolecules, 1997, 30(22): 6873−6876 doi: 10.1021/ma9703517[3]Liu X B, Luo S K, Ye J, Wu C. 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p　　strong仪器信息网讯/strong 高分子材料也称为聚合物材料，是以高分子化合物为基体，再配有其他添加剂(助剂)所构成的材料。高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。高分子材料在科研和日常生活有着广泛的应用，涉及各行各业。/pp　　仪器信息网特此邀请到高分子材料及表征领域的5位专家，于2019年12月11日带来 “span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong先进高分子材料/strong/span”主题网络研讨会，为广大高分子行业的科研人员和从业人员介绍高分子相关知识与应用技巧。/pp　　strong会议日程/strong如下：/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 313px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/e3ce1f11-95bf-4be0-98a6-433d11b1629a.jpg" title="会议日程-先进高分子.png" alt="会议日程-先进高分子.png" width="600" height="313" border="0" vspace="0"//pp　　strong演讲嘉宾阵容/strong：/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/222dab4f-9e77-4f4d-ad5d-962407f5dfdf.jpg" title="北京大学 林崇熙.png" alt="北京大学 林崇熙.png"//pp style="text-align: center "strong北京大学 林崇熙/strong/pp　　林崇熙，1958 年出生于台湾高雄, 台湾大学化学系毕业, 美国 Clemson 大学化学硕士、Kentucky 大学化学博士、SUNY Buffalo (纽约州立大学布法罗分校) 化学博士后。1996 年从美国来北京大学化学学院有机所任教并且负责核磁共振谱仪。在北大化学学院主讲的课程有《立体化学》、《有机化学实验》、《有机合成化学》、《化学信息学》、《核磁共振在化学中的应用》等课程，并且一直负责北京大学多台核磁共振谱仪的管理与培训工作, 仪器型号涵盖美国 Varian、德国Bruker、日本电子JEOL、中科波谱牛津谱仪Wnmr等各种机型. 在国内首倡与推动核磁共振谱仪开放给老师学生自行上机操作的风气。是国内两大核磁共振论坛 (仪器信息网, 中国核磁共振论坛) 的资深版主。林崇熙目前担任北京波谱学会副会长、中国仪器仪表学会分析仪器学会理事、中国分析测试协会仪器评议波谱专家组组长等，在国内核磁共振界具有一定的声誉与贡献。/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/005068b8-e8fb-4f34-9f6a-fe1bfde04ed0.jpg" title="北京大学 李红卫.png" alt="北京大学 李红卫.png"//pp style="text-align: center "strong北京大学 李红卫/strong/pp　　李红卫，2005年7月毕业于郑州大学化学系，获得理学学士学位。2005年9月进入北京大学化学学院北京核磁从共振中心攻读博士学位，于2011年1月获得理学博士学位。2011年6月参加布鲁克德国总部举办的核磁共振仪器技术培训。2011年6月入职担任北京大学北京核磁共振中心仪器工程师。目前主要负责北京核磁共振中心仪器维护，测试服务及人员培训等工作。目前，已在北京核磁共振中心开展了DOSY、多肽结构解析，蛋白质结构解析等多种新的测试服务，同时也正在参与国家重大研发计划一项，负责青年科学基金一项。/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/3af3a7c7-7a18-475b-8fc0-171cf2b07c51.jpg" title="北京化工大学 杜振霞.png" alt="北京化工大学 杜振霞.png"//pp style="text-align: center "strong北京化工大学 杜振霞/strong/pp　　杜振霞，教授，博士生导师，北京化工大学分析测试中心。先后从事了红外光谱、气/质，液/质，超临界色谱/质谱等大型仪器的管理和功能开发等工作。基于与企业的广泛接触，在各种复杂基质样品的分析方法的建立、谱图解析积累了丰富的经验，解决了许多企业的难题。与检科院、国家电网、同方威视、同仁堂及许多高校开展很多合作。2012年在美国普渡大学做访学，期间与美国Waters公司总部建立了合作关系，合作开发了包材中常用聚合物添加剂(300多种物质)的液质联用的谱库，用于E& L高通量多靶标的快速筛查。作为负责人承担和参加了国家科技支撑项目、国家自然科学基金、质检总局公益项目及企业合作项目。在 Analytical Chemistry，Journal of Chromatography A,，Journal of Hazardous Materials，Food Chemistry.等期刊上发表论文100多篇，SCI论文60多篇。完成专著一部，参与编写专著三部。获中国检验检疫学会科技二等奖(排名2，2017),获得北京化工大学十佳教师称号,获得北京化工大学教改一等奖。/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/f3e7f192-a5ed-456d-9de7-f8ac0c7c20be.jpg" title="北京化工大学 刘玲.png" alt="北京化工大学 刘玲.png"//pp style="text-align: center "strong北京化工大学 刘玲/strong/pp　　刘玲，2002年毕业于中科院研究生院，获得博士学位，现北京化工大学材料科学与工程学院，副教授。研究领域：聚合物材料结构与性能表征，自愈合超分子弹性体，功能化高分子复合材料。/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/db07bea3-2164-4a1f-95b0-c1f98f65777d.jpg" title="岛津企业管理（中国）有限公司 陈强.jpg" alt="岛津企业管理（中国）有限公司 陈强.jpg"//pp style="text-align: center "strong岛津企业管理(中国)有限公司 陈强/strong/pp　　陈强，岛津企业管理(中国)有限公司，具有十六年原子力显微镜应用及工作经历，熟悉原子力显微镜技术和市场。长期技术支持各类碳材料的科研院所及生产企业，熟悉研发、生产、检测流程中所需的各类测试要求。/pp　　strong如何报名参与?/strong/pp　　方式一、复制粘贴下方链接到浏览器中或直接点击下方链接，进入会议报名页面，点击页面上的“我要参会”按钮，填写报名信息即可报名参与。/ppa href="https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/polymer2019/" target="_self"https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/polymer2019//a/pp　　方式二、点击或扫描下方二维码，点击页面上的“我要参会”按钮，填写报名信息即可报名参与。/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/86b5fddf-12e5-4297-bf80-f06d20db3f0f.jpg" title="报名页面-先进高分子材料.png" alt="报名页面-先进高分子材料.png"//pp　　报名开放时间为即日起至2019年12月11日，您也可以通过扫描上方的二维码了解实时的会议日程(会议日程以活动页面实时日程为准) 为使更多用户能够通过网络平台进行学习与交流，“先进高分子材料”主题网络研讨会不收取任何费用。/pp　　strong参会指南/strong/pp　　1.报名参会并通过审核后，您将会在会前一天收到提醒参会的短信通知。/pp　　2.会议当天进入a href="http://webinar.instrument.com.cn" target="_self"仪器信息网网络讲堂首页/a(webinar.instrument.com.cn)，点击“进入会场”，填写报名时手机号，即可登录会场参会。/pp　　扫下方二维码，进入先进高分子材料交流群，第一时间了解会议信息，以及高分子材料在行业的最新应用，与同行进行互动交流。/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/8f75c31b-3aba-4d75-9518-d03f2e744a05.jpg" title="先进高分子材料交流群.png" alt="先进高分子材料交流群.png"//pp style="text-align: center "先进高分子材料交流群/ppbr//p

Polymer Char将参加9月25到28在美国举办的有关高分子微结构表征新仪器分析的会议，相关信息请参加Polymer Char 官方网站。

按照中国化学会“高分子基础研究王葆仁奖”、“高分子科学创新奖”、“高分子青年学者奖”的实施条例，中国化学会高分子学科委员会于2021年第三季度，开展了2021年度中国化学会高分子奖项的评选活动。评选结果如下：一、中国化学会高分子基础研究王葆仁奖（一名）孙俊奇吉林大学获奖文章：基于聚合物复合物的自修复与可修复聚合物材料高分子学报，2020，8，791-803。个人简介：孙俊奇，吉林大学化学学院、超分子结构与材料国家重点实验室教授，国家杰出青年科学基金获得者。1992-1996年就读吉林大学化学系，并获得高分子科学与工程学士学位。2001年于吉林大学获得理学博士学位，期间在德国慕尼黑大学技术物理系进行了1年的博士联合培养。2002年-2003年在日本理化学研究所从事博士后研究。2003年9月受聘吉林大学教授、博士生导师，2010年受聘吉林大学“唐敖庆特聘教授”。入选2015年度科技部中青年科技创新领军人才和2018年度国家“万人计划”领军人才，2020年入选中国化学会会士，2003全国优秀博士论文获得者，并荣获中国化学会青年化学奖(2007年)和第十届中国化学会-巴斯夫公司青年知识创新奖（2019年）。2020年担任美国化学会Langmuir 杂志副主编。主要研究方向为具有修复、循环利用与降解性能的超分子聚合物材料。 二、中国化学会高分子科学创新奖（五名）中国化学会高分子科学创新奖，下设“中国化学会高分子科学邀请报告荣誉奖”和“中国化学会高分子科学创新论文奖”。1. 中国化学会高分子科学邀请报告荣誉奖（一名）李志波青岛科技大学获奖文章：有机磷腈碱催化环内酯开环聚合制备可降解聚酯研究进展高分子学报，2020，8，777−790。个人简介：李志波，青岛科技大学教授、博士生导师。1998年、2001年中国科学技术大学获学士和硕士学位，2006年美国明尼苏达大学化学系获博士学位，然后在UCLA生物工程系做博士后研究，2008年到中科院化学所工作，2015年到青岛科技大学工作至今。2012 年获国家杰出青年基金支持，2015年获山东省泰山学者优势学科团队领军人才支持并入选国家百千万人才工程，2016年获批“享受国务院颁发政府特殊津贴”人员，2018年入选英国皇家化学会会士和科技部创新领军人才计划，2019年入选第四批国家“万人计划”。作为第一完成人获得山东省自然科学二等奖1项，发表SCI论文230余篇。目前担任Chinese Journal of Polymer Science和Polymer Chemistry副主编；任第30届中国化学会高分子学科委员会委员，第30届中国化学会副秘书长、理事。主要从事可降解高分子的可控合成、结构与性质表征以及相关应用研究。 2. 中国化学会高分子科学创新论文奖（四名）顾军渭西北工业大学获奖文章：Thermally Conductive and Insulating Epoxy Composites by Synchronously Incorporating Si-sol Functionalized Glass Fibers and Boron Nitride FillersChinese Journal of Polymer Science，2020,7,730-739.个人简介：顾军渭，西北工业大学化学与化工学院教授、博士生导师，英国皇家化学会会士。2002~2010年在西北工业大学获高分子材料与工程学士，材料学硕士、博士学位，2011年加入西北工业大学。主要从事导热高分子及其复合材料研究。发展了基于液晶基元、多重氢键和拓扑结构设计合成本征高导热高分子基体的新策略；开发了“原位聚合-静电纺丝-高温模压”法等制备导热高分子复合材料的新方法；提出并建立了各向异性高分子复合材料的导热模型和经验方程，开发了表征界面热障及其界面处声子散射的新方法。获2020年度高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）技术发明二等奖（排名2/6）、中国复合材料学会青年科学家奖等学术奖励。陈昶乐中国科学技术大学获奖文章：A Phenol-containing α-Diimine Ligand for Nickel- and Palladium-Catalyzed Ethylene PolymerizationChinese Journal of Polymer Science，2019,10,974-980个人简介：陈昶乐，现为中国科技大学化学与材料科学学院教授。2005年获得中国科技大学学士学位， 2010年获得美国芝加哥大学博士学位。在美国西北大学进行博士后研究之后，2011年7月起在美国塞拉尼斯公司担任Scientist II，2013年初到中国科技大学工作。陈昶乐博士已在Nat. Rev. Chem., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed.等国际期刊上作为通讯作者发表SCI论文100余篇。申请专利60余项，其中43项授权。陈昶乐博士于2012年入选“国家杰出人才计划”，于2015年获得国家自然科学基金优秀青年基金，于2016年获得日本高分子学会“International Leading Young Scientist Award”，以及中国化学会青年化学奖；于2019年获得高分子成型加工及其产业发展“新锐创新奖”，入选中国青年化学家元素代言人(镍元素) ，于2020年获得IUPAC Young Polymer Scientist Award；于2020年入选国家杰出青年科学基金。彭慧胜复旦大学获奖文章：One-step Production of Continuous Supercapacitor Fibers for a Flexible Power TextileChinese Journal of Polymer Science，2019，8，737-743.个人简介：彭慧胜，复旦大学高分子科学系教授和系主任。他1999年获得东华大学高分子材料专业学士学位，2003年获得复旦大学高分子化学与物理专业硕士学位，2006年获得美国Tulane大学化学工程与生物分子工程专业博士学位，博士毕业后在美国Los Alamos国家实验室从事研究工作，2008年回到复旦大学先进材料实验室和高分子科学系工作至今。他主要在高分子纤维器件领域开展研究，在Nature等学术期刊上发表了300多篇论文，出版了2部关于高分子纤维器件的专著；获授权国内外发明专利79项，其中36项实现了转让转化；与一批中外企业合作，开发出系列纤维器件方向产品。作为第一完成人，获得国家自然科学二等奖。许华平清华大学获奖文章：含硫/硒动态共价键强弱的测定高分子学报，2020，2，205-213.个人简介：许华平，清华大学化学系教授。本科和博士均就读于吉林大学化学学院，导师为张希院士。2004年至2005年，在比利时鲁汶大学交流学习一年。2006年至2008年在荷兰Twente大学从事博士后研究。2008年后在清华大学化学系工作，2014年起为清华大学化学系教授。2011年获得“中国化学会青年化学奖”。2014年获国家自然科学基金委“杰出青年科学基金”资助。入选中组部“万人计划”青年拔尖人才和“万人计划”领军人才。2017年起担任美国化学会ACS Biomaterials Science & Engineering副主编。主要从事动态响应含硒/碲高分子的研究。三、中国化学会高分子青年学者奖（九名）雷霆北京大学获奖文章：共轭高分子的多级组装高分子学报，2019， 50(1)， 1-12.个人简介：雷霆，北京大学材料科学与工程学院研究员，博士生导师。于2008年和2013年在北京大学化学与分子工程学院获得学士和博士学位；2013-2018年在斯坦福大学化工系从事博士后研究。2018年3月加入北京大学担任课题组长开展科研工作。自独立工作以来，主要致力于有机高分子功能材料和柔性器件的研究，通过发展新型有机高分子半导体材料和离子电子混合导体材料，实现了有机高分子功能材料在有机热电器件和生物传感领域的应用，为发展高性能柔性生物电子器件提供了新材料和新方法。曾获得菁青化学新锐奖、北京市科技进步二等奖（排名第三）、教育部自然科学一等奖（排名第四）等。胡蓉蓉华南理工大学获奖文章：Aggregation-induced Emission-active Hyperbranched Poly(tetrahydro -pyrimidine)s Synthesized from Multicomponent Tandem PolymerizationChinese Journal of Polymer Science，2019, 37(4), 428-436.个人简介：胡蓉蓉，华南理工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。2007年于北京大学化学与分子工程学院获得学士学位；2011年于香港科技大学化学系获得博士学位；之后在香港科技大学化学系任研究助理；2014年加入华南理工大学开展科研工作。主要致力于高分子合成方法学研究，通过结合有机化学和高分子化学，发展了系列多组分聚合新反应，并合成了系列功能高分子材料，包括开发了炔的多组分聚合，合成了结构新颖、功能独特、富含杂原子的聚合物；提出了多组分串联聚合策略，高效构筑了序列可控高分子和聚芳杂环等；发展了单质硫的无催化多组分聚合，实现室温下从工业硫磺向含硫功能高分子的一步转化。获国家自然科学优秀青年科学基金和中国科协青年人才托举工程等项目资助，任Polymer Chemistry期刊副主编，获2019年中国化学会青年化学奖。王占华四川大学获奖文章：含双重动态键的可重加工及室温自修复聚氨酯弹性体高分子学报，2019, 50(5), 527-534.个人简介：王占华，四川大学副研究员，博士生导师。2002年-2011年就读于吉林大学化学学院，分别取得本科和博士学位，2012年-2016在美国南密西西比大学、克莱门森大学及荷兰瓦赫宁根大学从事博士后研究，2016年7月加入四川大学任副研究员开展研究工作，主要研究方向为动态高分子及其复合材料。发现了基于伯胺的脲键在大分子网络中的动态特征并发展了系列可自修复、重加工、降解回收的热固性聚脲及其复合材料。入选四川省天府峨眉计划特聘专家、四川省学术技术带头人后备人选及四川大学百人计划学者，博士论文提名2013年全国百篇优秀博士论文。张先宏北京化工大学获奖文章：Preparation of Ultralow Molecular Weight Poly(vinyl chloride) with Submicrometer Particles via Precipitation PolymerizationChinese Journal of Polymer Science，2019, 37(7), 646-653.个人简介：张先宏，北京化工大学材料科学与工程学院副教授。本科及博士毕业于北京化工大学材料科学与工程学院，2016-2018年，在北京化工大学化学与工程学院从事师资博士后研究工作。科研工作主要从事高性能聚合物材料的合成制备与应用开发，通过新型单体的结构设计与功能集成，进行聚合物材料的合成制备与性能调控。发展的氯乙烯沉淀聚合技术，为开发高性能和高附加值的聚氯乙烯系列产品具有重要的意义。王淑萌中国科学院长春应用化学研究所获奖文章：基于咔唑和3,3′-二甲基二苯醚共聚物主链的红光热活化延迟荧光聚合物的合成与表征高分子学报，2019, 50(7), 685-694.个人简介：王淑萌，中国科学院长春应用化学研究所副研究员。2010年于山东大学材料科学与工程学院获得理学学士学位，2016年于中国科学院大学获得理学博士学位，之后在中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室开展研究工作。主要致力于有机高分子印刷显示材料与器件的研究开发，发展了主链扭曲结构和主链非共轭结构两类高分子热活化延迟荧光材料的构建策略，开发出多层结构器件、无额外能量损失器件和激基复合物主体器件等高性能溶液加工器件结构，实现了高分子热活化延迟荧光材料外量子效率以及溶液加工器件功率效率的突破。2021年入选中国科学院青年创新促进会会员。成梦娇北京化工大学获奖文章：精准宏观超分子组装高分子学报，2020, 51(6), 598-608.个人简介：成梦娇，北京化工大学教授、博士生导师。2010年和2015年在北京化工大学分别获得学士学位和博士学位，获CSC-DAAD博士后奖学金(25人/年)资助后，赴德国明斯特大学从事博士后研究。主要从事精准宏观超分子组装的研究，面向高性能超分子材料的制备，提出了人工智能辅助的自纠错策略，解决了全自动精准组装的难题；发展了引力/斥力协同策略，实现了平行大规模精准组装；提出了磁场/超分子作用协同策略，实现了高精度组装，制备了高强高韧材料。曾获得国家自然科学基金委优秀青年科学基金、北京市科技新星计划等项目资助。任Supramolecular Materials期刊编委，中国生物工程学会青年工作委员会委员。鲍雨西南交通大学获奖文章：聚乙二醇生物相容性与结合水关系的单分子力谱研究高分子学报，2020, 51(7), 754-761.个人简介：鲍雨，西南交通大学机械工程学院讲师，硕士生导师。本科和博士分别于2010年与2015年毕业于西南交通大学材料科学与工程学院，2015-2017年在复旦大学高分子科学系开展博士后研究，随后加入西南交通大学。主要研究方向为单分子纳米力学，一直以来致力于以高分子主链本征弹性为基准，量化分子结构、键接方式、外界环境等因素对高分子单链力学行为的影响。从单分子层面解析了高分子结构与性质的关系，为合理设计和改性高分子提供了新思路。翟磊中国科学院化学研究所获奖文章：Thermal Expansion Behavior of Poly(amide-imide) Films with Ultrahigh Tensile Strength and Ultralow CTEChinese Journal of Polymer Science，2020, 38(7), 748-758.个人简介：翟磊，男，1985年生，中国科学院化学研究所副研究员。2007年毕业于青岛科技大学获得学士学位，2012年中国科学院化学研究所高分子化学与物理专业获得博士学位，2012~2017年于中海油研究总院任高级工程师、项目高级主管，2018年起在中国科学院化学研究所极端环境高分子材料重点实验室工作. 主要从事高性能聚酰亚胺材料的基础与应用研究，围绕柔性显示、电子、微电子、航空航天等应用需求与技术挑战，先后开展了透明、介电、膨胀、导热、粘接等功能性聚酰亚胺材料的结构与性能研究，建立了系统的分子设计、合成方法、制备工艺以及聚集态结构的调控规律，发展了聚酰亚胺溶液低黏化与低温酰亚胺化新方法. 以第一或通讯作者发表论文20余篇，获国家发明专利近20项，目前已与多家企业合作致力于专利成果的转化及技术产业化。李乙文四川大学获奖文章：Ultrasmall Nanoparticle ROS Scavengers Based on Polyhedral Oligomeric SilsesquioxanesChinese Journal of Polymer Science，2020, 38(11), 1149-1156.个人简介：李乙文，四川大学高分子科学与工程学院与高分子材料工程国家重点实验室研究员，博士生导师。分别在中国科学技术大学（2008）和美国阿克伦大学（2013）获得本科与博士学位，随后在美国加州大学圣地亚哥分校从事博士后研究。2016年加入四川大学开始独立研究工作，主要致力于人造黑色素材料和多酚功能材料的基础与转化研究，通过发展新的材料化学策略将黑色素的部分性能进行了有效提升，使之能在部分工业场景下逐步取代传统高黑度材料，自主设计并在川投产了首条黑色素材料生产线（10吨/年）。担任中国青年科协理事会理事，以及Giant, Chin. Chem. Lett.，《高等学校化学学报》（两刊）等杂志的（青年）编委。

仪器信息网整理了2021年高分子领域精彩报告，内容聚焦于高分子复合材料及高分子表征技术，供相关人士学习使用。报告题目：《基于一维碳纳米材料的超韧共混物制备、结构调控及功能化》视频回放链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/video_115929.html视频选自“先进高分子材料”主题网络研讨会（2021）(报告人：西南交通大学教授 王勇)报告题目：《非对称（Janus）分区复合材料》视频回放链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/video_115932.html视频选自“先进高分子材料”主题网络研讨会（2021）(报告人：清华大学副教授 梁福鑫)报告题目：《复杂材料体系的形成机制和构效关系研究》视频回放链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/video_115930.html视频选自“先进高分子材料”主题网络研讨会（2021）(报告人：华南理工大学教授 殷盼超)报告题目：《复合材料及结构件的仿真优化、智能检测和健康评估》视频回放链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/video_115928.html视频选自“先进高分子材料”主题网络研讨会（2021）(报告人：山东大学教授 贾玉玺)报告题目：《FDM 3D打印高导热树脂基复合材料》视频回放链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/video_115926.html视频选自“先进高分子材料”主题网络研讨会（2021）(报告人：北京大学教授 白树林)报告题目：《聚合物纳米复合材料高性能化和功能化研究》视频回放链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/video_115931.html视频选自“先进高分子材料”主题网络研讨会（2021）(报告人：中山大学教授 阮文红)报告题目：《离子液体对高分子链段动力学行为调控的表征》视频回放链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/video_115890.html视频选自第五届磁共振网络会议(报告人：南京大学副教授 王晓亮)报告题目：《红外光谱法在高分子材料分析中的应用》视频回放链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/video_114941.html视频选自第十届光谱网络会议（报告人：江苏省理化测试中心总工程师 李新丽）

高分子材料也称为聚合物材料，可分为塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料和高分子基复合材料等。仪器信息网联合《高分子学报》将于2022年11月10-11日合作举办“先进高分子材料”主题网络研讨会（2022），本届会议报告将聚焦于高分子材料研究与表征测试技术，邀请国内高分子领域的知名专家和国内外科学仪器厂商代表分享研究成果和前沿技术，致力于为国内高分子材料研究、应用及检测的相关工作者提供一个突破时间地域限制的免费学习平台，让大家足不出户便能聆听到相关专家的精彩报告。本届先进高分子材料主题网络研讨会共设置了4个主题会场 ，分别是:高分子材料研究、大科学装置在高分子研究中的应用、高分子表征测试技术（上）、高分子表征测试技术（下）。主办单位：仪器信息网&《高分子学报》会议报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/polymer2022/ 主题专场专场主题专场时间专场一：高分子材料研究11月10日上午专场二：大科学装置在高分子研究中的应用11月10日下午专场三：高分子表征测试技术（上）11月11日上午专场四：高分子表征测试技术（下）11月11日下午会议日程报告时间报告题目报告嘉宾工作单位职务/职称高分子材料研究（11月10日上午）09:00--09:30靶向肿瘤细胞膜上磷脂酰丝氨酸的抗肿瘤药物尤业字中国科学技术大学教授09:30--10:00多粒子示踪微流变仪观测凝胶化点近旁的动态不均匀性童真华南理工大学教授10:00--10:30高分子熔体非线性拉伸流变学进展陈全中国科学院长春应用化学研究所研究员10:30--11:00借助色谱质谱探寻聚合物分子构型和问题溯源 李欣蔚沃特世科技（上海）有限公司材料科学市场高级应用工程师11:00--11:30高分子材料的全生命周期降解行为及时空谱杨睿清华大学教授11:30-12:00类嵌段/接枝高分子的构筑及其对不相容共混物的增容研究李勇进杭州师范大学教授大科学装置在高分子研究中的应用（11月10日下午）14:00--14:30同步辐射先进光源——高分子产业创新的加速器李良彬中国科学技术大学教授14:30--15:00XPS表面分析技术在先进高分子材料中的应用 蔡斯琪岛津企业管理（中国）有限公司产品专员15:00--15:30中国散裂中子源微小角中子散射谱仪及其在高分子构象研究中的应用程贺散裂中子源科学中心研究员15:30--16:00同步辐射散射技术在高分子薄膜表征中的应用刘烽上海交通大学研究员高分子表征测试技术（上）（11月11日上午）09:00--09:30Flash DSC表征高分子薄膜材料热导率胡文兵南京大学教授09:30--10:00透射电镜在聚合物不同层次结构研究中的应用闫寿科青岛科技大学教授10:00--10:30聚合物链的单分子操纵-从纳米力学性质到动态结构演变张文科吉林大学教授10:30--11:00赛默飞Orbitrap静电场轨道阱超高分辨质谱在材料分析中的应用邝江濛赛默飞世尔科技（中国）有限公司高级应用工程师11:00-11:30热塑性聚氨酯的快速扫描芯片量热仪研究门永锋中国科学院长春应用化学研究所研究员11:30-12:00热重分析技术在高分子科学中应用的常见问题分析丁延伟中国科学技术大学教授级高级工程师高分子表征测试技术（下）（11月11日下午）14:00--14:30原位核磁共振研究单体和高分子反应动力学和机理郭鸣明西南大学教授14:30--15:00运用先进光学方法研究高分子环带球晶的形成机理徐军清华大学副系主任/副教授15:00--15:30光散射在高分子溶液表征中的应用梁德海北京大学教授15:30--16:00原子力显微镜研究高分子超薄膜结晶张彬郑州大学教授注：会议日程后续变动与调整以会议报名页面显示为准。会议报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/polymer2022/或扫描上方二维码报名会议联系1.会议内容管编辑：17862992005，guancg@instrument.com.cn2.会议赞助刘经理：15718850776，liuyw@instrument.com.cn

我国著名的高分子材料领域专家，中国科学院大连化学物理研究所周光远研究员，于2023年12月16日9:55在吉林长春不幸逝世，享年51岁。　　周光远研究员主要从事生物基聚酷、特种工程塑料的合成与应用技术研究，历任科技部863新材料领域专家、重点研发计划材料领域专家、面向2035材料领域专家，中国工程院面向2035高性能高分子材料领域战略研究专家，辽宁省“兴辽计划”入选者，大连市“兴连英才计划”领军人才。周光远研究员的逝世，是我国高分子材料界的重大损失，在此表示沉痛的悼念和深切缅怀!　　简介：　　周光远，研究员，博士生导师。2000年毕业于中国科学院长春应用化学研究所获有机化学博士学位。2001至2004年分别在日本九州大学、比利时鲁汶大学从事博士后研究。科技部863新材料领域专家、科技部重点研发计划材料领域专家、中国工程院面向2035高性能高分子材料领域战略研究专家，科技部面向2035材料领域专家，《应用化学》、《弹性体》杂志编委。获吉林省科技进步一等奖、江苏省科技进步二等奖、吉林省专利金奖等多种奖励。　　代表性论文：　　1. Xiaoling Qu, Min Jiang, Bing Wang, Jin Deng, Rui Wang, Qiang Zhang, Guangyuan Zhou*, Jun Tang. A Bronsted Acidic Ionic Liquid as an Efficient and Selective Catalyst System for Bioderived High Molecular Weight Poly (ethylene 2,5-furandicarboxylate). ChemSusChem. 2019, 12: 4927-4935.　　2. Guoqiang Wang. Yin Liang. Min Jiang*. Qiang Zhang. Rui Wang. Honghua Wang. Guangyuan Zhou*. Synthesis and characterization of bio-based polyesters from 2,5-thiophenedicarboxylic acid，POLYM DEGRAD STABIL.，2019, 168:108942.　　3. Guoqiang Wang. Min Jiang*. Qiang Zhang. Rui Wang. Xiaoling Qu. Guangyuan Zhou*. Poly(hexamethylene 2,5-furandicarboxylate) copolyesters containing phosphorus:Synthesis, crystallization behavior, thermal, mechanical and flame retardant properties, POLYM DEGRAD STABIL., 2018, 153:272-280.　　4. Nana Li. Guowei Jiang. Guangyuan Zhou*. Synthesis and characterization of cyclic bisphenol A (phenylene phosphonate) oligomer and its flame retardancy application. POLYM DEGRAD STABIL. 2015, 122(7): 161-168.