高分子物理学

高分子物理学是研究聚合物、它们的波动、机械性能以及分别涉及聚合物和单体的降解和聚合的反应动力学的物理学领域。

虽然它侧重于凝聚态物理学的观点，但高分子物理学最初是统计物理学的一个分支。 高分子物理学和高分子化学也与高分子科学领域相关，这被认为是聚合物的应用部分。

聚合物是大分子，因此使用确定性方法求解非常复杂。 然而，统计方法可以产生结果并且通常是相关的，因为大型聚合物（即具有许多单体的聚合物）可以在无限多单体的热力学极限（尽管实际尺寸显然是有限的）中有效地描述。

热波动不断影响液体溶液中聚合物的形状，对其影响建模需要使用统计力学和动力学的原理。 作为必然结果，温度会强烈影响聚合物在溶液中的物理行为，导致相变、熔化等。

聚合物物理学的统计方法基于聚合物与布朗运动或其他类型的随机游走（自我回避游走）之间的类比。 最简单的聚合物模型由理想链表示，对应于简单的随机游走。 表征聚合物的实验方法也很常见，使用聚合物表征方法，例如尺寸排阻色谱法、粘度计、动态光散射和聚合反应自动连续在线监测 (ACOMP) 来确定聚合物的化学、物理和材料特性。 这些实验方法也有助于聚合物的数学建模，甚至有助于更好地了解聚合物的性质。

• Flory 被认为是开创高分子物理学领域的xxx位科学家。
• 法国科学家自 70 年代以来做出了很多贡献（例如 Pierre-Gilles de Gennes、J. des Cloizeaux）。
• Doi 和 Edwards 在高分子物理学方面写了一本非常著名的书。
• 苏联/俄罗斯物理学院（I. M. Lifshitz、A. Yu. Grosberg、A.R. Khokhlov、V.N. Pokrovskii）在高分子物理学的发展中非常活跃。

聚合物链的模型分为两种类型：理想模型和真实模型。 理想链模型假设链单体之间没有相互作用。 这个假设对于某些聚合物系统是有效的，其中单体之间的正负相互作用有效地抵消了。 理想链模型为研究更复杂的系统提供了一个良好的起点，并且更适合具有更多参数的方程。

• 自由连接的链是聚合物的最简单模型。 在此模型中，固定长度的聚合物链段线性连接，并且所有键角和扭转角都是等概率的。 因此，聚合物可以通过简单的随机行走和理想链来描述。 该模型可以扩展以包括可扩展的片段，以表示键拉伸。
• 考虑到聚合物链段由于特定的化学键而与相邻单元形成固定键角，因此自由旋转链改进了自由连接链模型。 在此固定角度下，节段仍可自由旋转，所有扭转角的可能性均等。
• 受阻旋转模型假设扭转角受到势能的阻碍。 这使得每个扭转角的概率与玻尔兹曼因子成正比
• 在旋转异构态模型中，允许的扭转角由旋转势能中最小值的位置决定。 键长和键角是恒定的。
• 类蠕虫链是一个更复杂的模型。 它考虑了持久性长度。 聚合物不是完全柔韧的； 弯曲它们需要能量。 在持续长度以下的长度范围内，聚合物的行为或多或少像一根刚性棒。

链单体之间的相互作用可以建模为排除体积。 这导致链的构象可能性降低，并导致自我回避随机游走。 自我回避随机游走与简单随机游走具有不同的统计数据。

单个聚合物链的统计数据取决于聚合物在溶剂中的溶解度。 对于聚合物极易溶解的溶剂（良溶剂）。