2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——分子科學(xué)與工程的高分子材料考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填入括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種聚合反應(yīng)屬于連鎖聚合？（）A.腈綸的制備B.尼龍的制備C.聚苯乙烯的制備D.聚碳酸酯的制備2.對(duì)于無(wú)規(guī)共聚物，描述錯(cuò)誤的是？（）A.重復(fù)單元在主鏈上的排列是無(wú)規(guī)的B.通常具有較高的結(jié)晶度C.分子鏈的柔順性較大D.可能有光學(xué)活性3.聚合物鏈的末端或支鏈上存在不飽和鍵、羥基、羧基等結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為？（）A.極性基團(tuán)B.增塑劑C.交聯(lián)點(diǎn)D.不飽和中心4.聚合物從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)或熔融態(tài)過(guò)程中的轉(zhuǎn)變溫度稱(chēng)為？（）A.熔點(diǎn)（Tm）B.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）C.沸點(diǎn)D.冰點(diǎn)5.下列哪種聚合物通常具有良好的透明度和柔韌性？（）A.聚苯醚（PPO）B.聚碳酸酯（PC）C.聚氯乙烯（PVC）D.聚丙烯（PP）6.用核磁共振氫譜（1HNMR）可以確定？（）A.聚合物的分子量B.聚合物的結(jié)晶度C.聚合物鏈的構(gòu)型D.聚合物中的官能團(tuán)及它們?cè)诜肿渔溨械奈恢?.將聚合物的小分子鏈通過(guò)化學(xué)鍵連接形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的過(guò)程稱(chēng)為？（）A.聚合B.共混C.交聯(lián)D.增塑8.聚合物分子鏈緊密堆砌，具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的區(qū)域稱(chēng)為？（）A.晶區(qū)B.氣相C.液相D.非晶區(qū)9.能夠顯著降低聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）的物質(zhì)稱(chēng)為？（）A.填充劑B.增塑劑C.固化劑D.穩(wěn)定劑10.下列哪種加工方法主要用于制備薄膜、管材等？（）A.注塑成型B.擠出成型C.吹塑成型D.熱壓成型二、填空題（請(qǐng)將答案填寫(xiě)在橫線上）1.聚合物的大分子鏈主要有______、______和______三種基本結(jié)構(gòu)形式。2.聚合物的分子量分布常用______和______來(lái)表示。3.聚合物鏈段的運(yùn)動(dòng)是玻璃化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的主要物理基礎(chǔ)。4.X射線衍射（XRD）主要用于測(cè)定聚合物的______和______。5.高分子材料的功能化是指賦予或改善材料的______、______、______等功能特性。6.生物醫(yī)用高分子材料應(yīng)具備良好的生物相容性、______和______等基本要求。7.共聚物根據(jù)單體在聚合物鏈中的排列方式可分為_(kāi)_____、______和______。8.聚合物熔體的粘度隨溫度的升高而______，隨剪切應(yīng)力的增大而______。9.交聯(lián)聚合得到的聚合物稱(chēng)為_(kāi)_____。10.分子設(shè)計(jì)與合成是分子科學(xué)與工程學(xué)科在高分子材料領(lǐng)域的重要研究方向，旨在通過(guò)控制分子的______和______來(lái)獲得具有特定性能的材料。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的主要區(qū)別。2.解釋什么是聚合物的結(jié)晶度及其影響因素。3.簡(jiǎn)述聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理。4.為什么說(shuō)高分子的分子量及其分布對(duì)其性能有重要影響？5.簡(jiǎn)述聚合物改性的主要目的和方法類(lèi)型。四、計(jì)算題1.某聚合物樣品由A、B兩種單體共聚而成，數(shù)均分子量為M_n=20,000g/mol，質(zhì)均分子量為M_w=30,000g/mol。計(jì)算該聚合物的分子量分布寬度（M_w/M_n）。2.已知某聚乙烯的密度ρ=0.960g/cm3，結(jié)晶度Xc=60%。聚乙烯的鏈節(jié)相對(duì)分子質(zhì)量為M_0=28g/mol。估算該聚乙烯的結(jié)晶度對(duì)應(yīng)的晶區(qū)厚度（假設(shè)晶區(qū)為平行排列的圓柱體，密度為1.30g/cm3）。五、論述題1.論述聚合物主鏈結(jié)構(gòu)、側(cè)基結(jié)構(gòu)和交聯(lián)對(duì)聚合物力學(xué)性能（如強(qiáng)度、韌性、彈性）的影響。2.結(jié)合分子設(shè)計(jì)與合成思想，論述如何開(kāi)發(fā)一種具有特定光學(xué)性能（如高透光性或特定顏色）的高分子材料。3.選擇一種你感興趣的功能高分子材料（如導(dǎo)電高分子、生物醫(yī)用高分子、智能高分子等），論述其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主要性能、應(yīng)用領(lǐng)域以及當(dāng)前研究面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.A4.B5.B6.D7.C8.A9.B10.C二、填空題1.線型，支化，交聯(lián)2.數(shù)均分子量，質(zhì)均分子量3.玻璃化轉(zhuǎn)變4.結(jié)晶度，晶型5.機(jī)械，熱，光學(xué)，電學(xué)，磁性，光電等6.醫(yī)學(xué)相容性，生物降解性（或生物穩(wěn)定性）7.無(wú)規(guī)共聚物，交替共聚物，嵌段共聚物8.降低，降低9.網(wǎng)狀聚合物（或交聯(lián)聚合物）10.結(jié)構(gòu)，組成（或序列）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：加聚反應(yīng)是單體不經(jīng)過(guò)縮合，直接聚合成聚合物的過(guò)程，無(wú)小分子副產(chǎn)物生成?？s聚反應(yīng)是單體通過(guò)縮合反應(yīng)生成聚合物，同時(shí)生成小分子副產(chǎn)物（如水、醇、氫氯酸等）。從反應(yīng)機(jī)理、單體類(lèi)型、副產(chǎn)物、聚合物結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行對(duì)比。2.解析思路：結(jié)晶度是指聚合物中結(jié)晶部分所占的體積分?jǐn)?shù)或質(zhì)量分?jǐn)?shù)。影響因素包括：聚合物結(jié)構(gòu)（鏈規(guī)整性、對(duì)稱(chēng)性、極性等）、分子量（分子量越大，鏈越易堆砌）、熱歷史（冷卻速率、是否在Tg以下冷卻）、溶劑（對(duì)非晶態(tài)聚合物）、壓力、增塑劑、填料等。3.解析思路：玻璃化轉(zhuǎn)變是聚合物從玻璃態(tài)到高彈態(tài)（或熔融態(tài)）的轉(zhuǎn)變。其機(jī)理在于溫度升高，分子鏈段熱運(yùn)動(dòng)能量增加，克服了鏈段運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦力和位壘，使得鏈段能夠進(jìn)行緩慢的運(yùn)動(dòng)。Tg以下是鏈段運(yùn)動(dòng)被凍結(jié)的狀態(tài)，Tg以上鏈段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，宏觀表現(xiàn)為材料質(zhì)態(tài)的變化。4.解析思路：分子量直接影響聚合物鏈的長(zhǎng)度和柔順性。分子量越大，鏈越長(zhǎng)，在相同條件下，分子間作用力越大，鏈段運(yùn)動(dòng)越困難，導(dǎo)致結(jié)晶度可能提高，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高，力學(xué)強(qiáng)度、硬度、耐熱性等增強(qiáng)。分子量分布寬窄則影響材料的均勻性和加工性能，寬分布可能提供更寬的加工窗口和不同的力學(xué)性能范圍。5.解析思路：改性的目的是為了克服純聚合物的某些缺點(diǎn)或滿足特定的使用要求。方法類(lèi)型包括：化學(xué)改性（改變分子鏈結(jié)構(gòu)、引入新基團(tuán)等）、物理改性（共混、填充、復(fù)合等）。四、計(jì)算題1.解析思路：計(jì)算分子量分布寬度（PDI）的公式為PDI=M_w/M_n。將給定的M_n和M_w代入公式即可求解。答案：PDI=30,000/20,000=1.52.解析思路：首先根據(jù)密度公式估算非晶區(qū)密度ρ_amorphous=(1-Xc)*ρ_non_crystalline+Xc*ρ_crystalline。由于題目未給出非晶區(qū)密度，通常假設(shè)與熔體密度接近或查閱數(shù)據(jù)，若假設(shè)ρ_non_crystalline≈ρ_melt≈0.9g/cm3，則ρ_amorphous≈(1-0.6)*0.9+0.6*1.30=0.36+0.78=1.14g/cm3。然后利用體積關(guān)系V_crystalline/V_total=Xc，其中V_total=M_0/ρ_amorphous，V_crystalline=M_0*Xc/ρ_crystalline。晶區(qū)厚度d可以近似看作晶胞尺寸，d≈V_crystalline^(1/3)。將數(shù)值代入計(jì)算即可。注意單位換算和近似處理。五、論述題1.解析思路：*主鏈結(jié)構(gòu)：主鏈為碳鏈（如PE,PP）的聚合物通常較柔韌，強(qiáng)度適中。引入雜原子（如氧、氮、硫）形成極性主鏈（如POM,PC,PS）會(huì)增加鏈間作用力，提高強(qiáng)度、硬度和耐熱性，但可能降低柔韌性。*側(cè)基結(jié)構(gòu)：側(cè)基的存在會(huì)增大鏈的體積，增加鏈間作用力。無(wú)規(guī)側(cè)基（如PVC）會(huì)阻礙鏈段運(yùn)動(dòng)，降低Tg和沖擊強(qiáng)度。對(duì)稱(chēng)、bulky的側(cè)基（如PMMA）會(huì)顯著提高Tg和剛性。極性側(cè)基（如PTFE的-F）會(huì)增強(qiáng)極性相互作用，提高耐熱性和表面能。*交聯(lián)：交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使聚合物具有熱固性，顯著提高強(qiáng)度、模量、耐熱性和耐溶劑性，但失去了熱塑性。交聯(lián)密度越高，性能越穩(wěn)定，但脆性也可能增大。2.解析思路：*光學(xué)性能設(shè)計(jì)：高透光性通常要求材料非晶態(tài)、無(wú)雜質(zhì)、結(jié)晶度低（或無(wú)定形）。可以通過(guò)選擇高純度單體、精確控制聚合反應(yīng)避免缺陷、添加光穩(wěn)定劑防止降解來(lái)實(shí)現(xiàn)。特定顏色可以通過(guò)共聚引入能級(jí)匹配的發(fā)色團(tuán)，或通過(guò)摻雜實(shí)現(xiàn)。*分子設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)具有高折射率或特殊光學(xué)各向異性結(jié)構(gòu)的聚合物。利用聚合物鏈的共軛體系、手性結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生光學(xué)活性或特殊光學(xué)效應(yīng)。合成具有特定空間排布的嵌段共聚物或超分子結(jié)構(gòu)以調(diào)控光散射或透射特性。*實(shí)例：如設(shè)計(jì)高透光性的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），或通過(guò)共聚引入花青、卟啉等發(fā)色團(tuán)制備光致變色材料，或設(shè)計(jì)手性聚電解質(zhì)用于光學(xué)分離等。3.解析思路：（選擇一種功能高分子，如導(dǎo)電高分子）*選擇：導(dǎo)電高分子（如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物）。*結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：其主鏈結(jié)構(gòu)中通常含有交替的雙鍵和單鍵（共軛體系），并且可以通過(guò)摻雜（引入電子給體或受體）來(lái)改變其導(dǎo)電性。側(cè)基可以調(diào)控其溶解性、加工性和穩(wěn)定性?？梢酝ㄟ^(guò)分子設(shè)計(jì)調(diào)控共軛長(zhǎng)度、摻雜效率、側(cè)基空間位阻等。*主要性能：本征導(dǎo)電性（通過(guò)化學(xué)氧化還原或電化學(xué)氧化還原實(shí)現(xiàn)）、環(huán)境響應(yīng)性（如光、