材料表面与界面

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1、低表面张力物质在表面上聚集总结：1、Gibbs吸附公式球与平面间的作用力 W（D）AR6D平面与平面间的作用力 W（D）A12D22、宏观物体的Van der Waals力3、静电力Gouy-Champman模型 Stern模型3.2.3 两平面界面在溶液中的相互作用D两平面间的静电排斥力（能）Boltzman常数n0 单位体积中离子个数D 平板间距离K1双电层厚度应用范围：与K-1相比较，表面距离大，表面电势较大的情况对于1:1电介质电介质浓度增大，排斥力减小电介质浓度增大，排斥力减小3.2.4 球形粒子间在溶液中的相互作用RD球间最小距离低电势下：应用范围：球半径比较大，大小均匀，低电势3

2、.3 DLVO理论平板间Van der Waals力吸引力平板间静电力排斥力DLVO表达式W（D）DWRWvdw影响因素：表面电势影响固定体系：K106cm1 A1019J（Hamaker constant）R100nm （球半径）W(D)/10-19JD/nm32mV25.6mV19.2mV12.8mV0mV减小，静电排斥能减小12.8mV 无排斥能垒，胶体沉聚12.8mV 称胶体沉聚点1.0K影响（电介质浓度）固定体系：25.6mV A1019J（Hamaker constant）R100nm （球半径）W(D)/10-19JD/nm1.0K107m-1K3107m-1K2108m-1K3

3、108m-1K增加（K1减少），排斥能减小。达到一定值时，能垒消失。Hamaker常数影响r0临界聚沉浓度（n0）C常数表面电势高A增加，能垒减小。1C/Z6表面电势低C/Z23.4 空间稳定作用立体稳定作用非水体系中的稳定作用，不带静电力体系中的稳定3.4.1空间稳定作用模型体积限制效应理论两吸附物质的粒子接近时，体积挤压，限制墒增加，G增加渗透排斥理论第二种情况，相互作用，G0混合区第一种情况，相互作用，G 0AAABGA AB-A-B粘附adhesion粘附功WA AA B ABWA0BBA铺展spreadGS AB A-B铺展系数SA/B GS B-AB-AA/B表示A在B上铺展SA/

4、BB-AB A B A-AB 2A WAWC铺展发生条件SA/B0粘附过程，希望AB小，A和 B高铺展过程，希望AB小，A小72.8 18.451.1 3.3 18.4 72.851.1 105.572.8 28.935.0 8.90苯可以在水上铺展苯在水中有溶解性62.1 28.235.01.1苯在水上开始时铺展，饱和后收缩4.3 液液界面张力的理论计算液体A液体B界面无A时，将B从本体中提到表面上 表面能增加，做功B有A时，A对B有吸引力，B到表面上 所做的功B BA对B做的功无B时，将A从本体中提到表面上 表面能增加，做功A有B时，B对A有吸引力，A到表面上 所做的功A AB对A做的功G

5、oodGirifalco理论假设：为A、B各自内聚功的几何平均实验验证，对C、F液体烃较吻合，对其他有机液体不适应Fowkes理论色散力对表面张力的贡献其他相互作用对表面张力的贡献极性液体非极性液体只有色散力假设只有色散力在界面上起作用倒数平均法聚合物熔体的界面张力估算表面张力中，极性成分的贡献A 聚甲基丙烯酸甲酯B 聚二甲基硅氧烷24.114.1用Fowkes求出：19.712.0=7.5mN/m实测3.8mN/m4.4 液液界面吸附液液界面吸附符合Gibbs公式1 32Gibbs面满足条件：条件一、1，2互不溶，条件二、3在2中不溶，条件三、非电解质4.5 超低界面张力界面张力 10110

6、3mN/m 称为低界面张力超低界面体系：H2O油/表面活性剂/盐类界面张力 0 形成不溶物表面膜液体可以在另一种液体上铺展 两种液体相互不溶单分子层、双分子层、多分子层、高分子膜4.7.2 表面压、表面电势、表面粘度 表面压单分子膜对单位长度表面浮块产生的压力，称表面压 mN/mldx底液表面张力例如：分子长 10Langmuir膜天平a 成膜分子平均占有面积A 膜面积W 成膜液体的重量C 成膜液体的浓度N0 Avogadro常数 表面电势成膜前后两相间的电势变化，称为表面电势Vm 有膜时的两相间电势差V0 无膜时的两相间电势差平板电容 介电常数0 偶极距 偶极子与垂直方向的夹角n 单位面积上

7、偶极子的数目表面电势的主要用途1）判断表面分子的取向2）判断膜的均匀性 表面粘度用途：研究泡沫、乳液、液膜的稳定性4.7.3 单分子膜的各种状态G 理想状态膜a0 成膜分子所占面积 Boltzman常数LeG 气体液化，气液平衡状态Le 液态扩张膜I 转变膜Lc 液态凝聚膜S 固态膜1）不同单分子膜在不同温度下只能以一种形式存在2）单分子膜以何种状态取决于分子结构3）基底的性质也影响单分子膜的分子存在状态十四酸，14，HCl水溶液 压缩时能形成以上各种形式的膜十二酸，1416 仅以气态膜存在十六酸 压缩只能到液态凝聚4.7.4 高分子表面膜带有亲水基团，不溶于水的高分子可在水面上形成高分子不溶膜特点：一定表压下，0.5mN/m，每个链节所占的体积是一定的，与分子量无关 力学性质与分子量有关，分子量高容易形成凝聚膜 a 曲线中物态的变化不如小分子明显 M 高分子的分子量4.7.5 多分子层表面膜（LB膜）液体表面形成单分子膜，通过插入固体表面，将液体表面膜转移到固体表面，称为LB膜4.7.6 不溶物表面膜应用1）LB膜2）组织水份蒸发 C16醇，一般在固态膜，可以阻止水份蒸发3）液膜分离例：从废水中分离酚NaOH水溶液油性液膜