4重庆交通大学表面物理化学详解.ppt

★ L-B膜的应用前景 L-B膜的无源器件应用： 　　电子束刻蚀 　　润滑材料 　　分子导线和二维导电膜 　　超薄绝缘膜 　　液晶器件（铁电液晶的表面取向） 　　L-B膜的有源器件应用： 　　　光电转换膜（分子电池和分子开关） 　　　 电光转换膜（电致发光平板彩色显示器） 　　 光致变色膜（高密度并行多信号记录材料） 　　　 非线性光学膜（各种非线性器件） 各类传感器（红外，气敏等） 仿生膜（嗅觉、视觉等人工器件）等等。　　 ★ L-B膜的应用前景 　　这些令人兴奋的应用前景，吸引了大批学者投身 其研究，使得L-B膜成为化学、物理、生物、医学、 电子学、光学、材料学等于一体的边缘科学，成为当 前研究的热点。 ★ L-B膜的应用前景 L-B膜的缺陷 热稳定性差； 机械强度较低，为分子间力； 寿命较短，膜结构易随时间变化。 　 这些问题使得L-B膜器件的商业化有一定难度， 但随着人类对其研究的进展，这仅仅是一个时间 问题。 L-B膜的优良性能必将为人类造福！ 作　业 1、弯曲液面的附加压力　　 　　试解释为什么自由液滴或气泡（即不受外加力场影响时） 通常都呈球型？ 作　业 2、弯曲液面的饱和蒸气压 　　水的表面张力与温度的关系为 　　今将10kg纯水在303K及101325Pa条件下定温定压可逆 分散成半径r=10-8m的球型雾滴，计算：??? （1）环境所消耗的非体积功；??? （2）小雾滴的饱和蒸气压；??? （3）该雾滴所受的附加压力。（已知303K，101325时，水的密度为995 kg·m-3，不考虑 分散度对水的表面张力的影响）。 作　业 3、溶液界面上的吸附 　　某表面活性剂的稀溶液，表面张力随物质的量浓度的增 加而线性降低，当表面活性剂的物质的量浓度为10-1mol*m-3 时，表面张力下降了3×10-3N*m-1，计算表面过剩物质的量 ΓB（设温度为25℃）。 　　4、293K时，根据下列表面张力的数据： 试计算下列情况的铺展系数及判断能否铺展： （1）苯在水面上（未互溶前）； （2）水在汞面上； （3）苯在汞面上。 界面 苯-水　苯-气　水-气　汞-气　汞-水　汞-苯 35.0 28.9　 72.8 483 375 357 作　业 表面压 如果用表面压p 对表面积A作等温线(p-A图)，可以看到p-A图因分子的本性不同或温度不同而不同。当表面膜行为象二维理想气体时，它的状态方程为： ?：表面压； n?：膜分子的 mol 数 A：膜面积； R ：常数（不是气体常数） 表面压 用该公式，如已知蛋白质的质量和铺成单分子膜的面积A，测出表面压p，可计算出蛋白质的摩尔质量。 测量蛋白质的分子量 M ： 　　在多相体系中，不同相界面之间存在着电位差。表面膜电势被定义为有膜和无膜时两相间表面电势之差。 　　　　　　　 　　表面膜电位差可用空气-电极法和振动片法测定。 　　通过对表面膜电势的测量，可获得有关膜分子排列方式的资料，也可用于研究表面的均匀性或不均匀性。 　　 2、表面膜电势 表面膜电势 二、表面流变学 　　由单分子层表面膜所导致的表面层的粘度变化称为表面粘度。 　　表面粘度的定性概念可通过观察滑石粉是否易在表面上被吹散来表述，大多数不溶性膜的表面粘度约在　　　　　　之间。这类膜可用阻尼振荡法来研究。 　　测定表面粘度可以了解膜的流动性，从而了解表面膜的物理状态。　　 表面流变学 　　从表面粘度的测定可获得膜中的相变和膜中分子的相 互作用的信息，补充表面压和表面电势手段的不足。 　　如聚合物单分子层通常比单体膜的粘度高得多，通过 表面粘度的测定可以监测表面聚合反应的过程，而在此过 程中表面压和表面电势都变化不大。 三、单分子层表面膜的电子显微镜图 　　不溶性表面膜可用电子显微镜进行观察。 　　近年来，用荧光显微镜和Brewster角显微镜可以直接观察到气－液界面上单分子膜的形貌，从而可获得生动、直观的信息。 这种方法也可 用于跟踪表面 状态的变化。 四、单分子层表面膜的物理状态 　　不溶性单分子表面膜可视为二维平面中的物质，根据表面压力不同，可以形成不同的聚集状态——气态膜、液态扩张膜、凝聚膜。 　　不同的聚集状态取决于表面压力、膜分子横向间的粘附力、单分子膜下面溶液的pH以及温度等。当其他因素给定后，根据实验可以画出　　 图。 测定表面压的目的是给出p－a图，从而进一步了解表面膜的结构。 　　a为每个成膜分子的平均占有面积。 表面压 A——膜的面积；m——铺展溶液的质量，g ； c——溶液