材料表面与界面-4课件.ppt

5.4.4 高能表面的自憎现象 高能表面吸附液体形成单分子层，使固体的临界表面张力小于液体本身的表面张力，使液体无法在固体表面铺展的现象，称为表面自憎现象，液体称为自憎液体 1－辛醇 γ 27.8 －CH3 γc 22 非极性液体可铺展，极性液体取决于它们的表面张力和临界表面张力 第六章、固体表面 固体表面特点： 1）固体表面处于非平衡态 固体表面状态主要不取决于表面张力，而是取决于形成条件 2）表面张力与表面自由能不相等 6.1固体表面张力与表面自由能 当表面原子可以自由扩散时： 固体状态时： 6.2晶体平衡形状 各相异性 恒温、恒压下，晶体平衡态： 各方向上能量最低原理 各相同性，如：液体 Gibbs－Wulff晶体生长规律 生长快 迅速扩大 表面能高的面生长快，使表面能低的面迅速扩大，晶体变尖 6.3固体表面结构特点 5~20? 1）表面驰豫 几个原子层 表面原子偏离正常位置，在垂直方向上位移现象，称为表面驰豫 高表面能原子向里位移，低表面能原子向外位移 LiF为例： Li F 0.35? 0.1? 表层沿表面产生了横向移动，二维周期性与体内不同的现象，称为表面重构 2）表面重构 3）表面台阶 4）表面缺陷 6.4固体表面张力、表面能测定 6.4.1温度外推法 测定固体熔融状态下不同温度的的表面张力，外推到室温，得固体表面张力 用于固体表面张力估算，误差较大 6.4.2晶体劈裂法 Orowan公式 T拉开厚度为x薄片的拉力 E弹性模量 5.4.3 溶解热法 原理：固体溶解时，表面破坏，表面能转化为溶解热的一部分。同等重量不同细度固体的溶解热之差即固体的表面能。 6.5低表面能表面张力估算 假设只有色散力在界面上起作用 如果用烷烃测试接触角 考虑极性成分 6.5.2 Owens-Wendt-Kaelle法 6.6 固体表面吸附 6.6.1 Langmuir单分子吸附模型 假设： 1）表面均匀，表面上各个位置吸附性能相同 2）吸附热与表面覆盖度无关，即：吸附分子之间无相互作用； 3）单分子层吸附 表面吸附速度： P吸附平衡时气体的压力 θ吸附气体表面覆盖分数 K吸附速度常数 表面脱附速度： E吸附热 K0脱附速度常数 吸附脱附达到平衡时： Langmuir吸附等温式 吸附常数 求出Vm和b 两种气体吸附 6.6.2 BET多分子吸附模型 （Brunauer，Emmett，Teller） 补充假设： 1）可进行多分子层吸附 2）第一层的与以后各层不同，第二层起各吸附热都相同 3）吸附与脱附只发生在直接暴露在气相的表面上 S0 S1 S2 S3 BET公式 求出Vm和C 总结： 1、DLVO理论 2、空间稳定作用 ①体积限制效应理论 ②渗透排斥理论 3、液－液界面铺展 ①内聚功 ②粘附功 Wc＝ 2γA Wa＝γA＋ γB－ γAB SA/B＝ γB -γAB - γA ③铺展系数 4、Fowkes理论 计算 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 κ Boltzmann常数 Le－G 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，14～16℃ 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： ① 一定表压下，π0.5mN/m，每个链节所占的体积是一定的，与分子量无关 ② 力学性质与分子量有关，分子量高容易形成凝聚膜 ③ π～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（L－B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L－B膜 4.7.6 不溶物表面膜应用 1）L－B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 第五章 固液界面 5.1润湿类型 固体表面一种液体取代另一种不相混溶的流体的过程，称为润湿 通常是液体取代气体 润湿过程有三相参与，两相流体、一相固体 润湿类型： 沾湿adhesion 浸湿immersion 铺张spreading 沾湿 adhesion 沾湿功 发生条件： S L S L 浸湿 immersion 将固体浸入液体的过程，称为浸湿 S S 浸湿功 发生条件： 也称为粘附张