界面化学概述.pdf

材料学院本科生选修课 王小群 2014.2 提纲 • 什么是界面化学？ • 界面化学的诞生和发展 • 学习界面化学的意义 • 课程内容 • 参考书目 • 考核方式 1 什么是界面化学？ 研究任何两相之间的界面上发生的物理化学过 程的科学 •相 •界面 5种 •物理化学过程 界面(interface)的内涵 界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区域 体相1 体系性质 界面相 变化 （相界面） 体系性质 体相2 为常数 常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液 界面，液-固界面，固-固界面。 表面(surface)：界面的一种 两相中一相为气体，这种界面通常称为表面。 物理化学过程 相互吸引（范德华力、静电力） 排斥作用（玻尔斥力、静电力） 物理吸附 化学吸附 扩散 润湿 … 界面化学与表面化学 研究有一相为气相的两相之间界面上发生的 物理化学过程的科学。 研究任何两相之间的界面上发生的物理化学 过程的科学。 •决定界面的特点 •如何控制/利用物理化学过程 2 界面化学的诞生和发展 • 1875- 1878美国耶鲁大学数学和物理学教授J. W. Gi bbs 数学推理 c界面 ≠ c体相 → 稳固的理论基础 • 19世纪法国科学家Lapl ace和Yougn奠定了表面张力、毛细现象 和润湿现象的理论基础 • 一个多世纪前，就有了许多比较成熟的表面测量技术，如液体 表面张力测定( 1851) ，气体在固体表面上吸附量测定等。美国 Langmui r （ 1913- 1942） ——蒸发、凝聚、吸附、单分子膜 • — 1940s，发展迅猛，研究成果→应用（如矿石浮选、石油开 采），仅为物化的分支——胶体化学 胶体：分散相1nm－100/ 1000nm的多相分散体系, 有极大的界面。 2 界面化学的诞生和发展 • 1940－1950 表面科学的发展相对其它化学领域较为 缓慢； • 1950s以后 电子工业和航天技术的发展→要求部件小 型化→ 表面特性受到重视→表面微观测试→新测试 技术，超高真空，清洁表面制备、复制 低能电子衍射、俄歇电子能谱、光电子能谱，小面积试样？ • 1960－1970，微观水平研究表面现象→表面科学飞速 发展（催化、洗涤、研磨、乳化）→确立了“ 表面化 学” 基础学科的地位→“ 界面化学” 表（界）面化学的基础学科地位 新技术革命的三大学科 • 材料 信息 能源 • 信息 • 能源 材料学科是物质基础 表（界）面化学是基础学科 表面特点？ 如何利用表面（界面）改善整体材料的性质？ 3 学习界面化学的意义 大飞机-复合材料 （纤维增强树脂）  制造工艺 — 纤维/树脂 — 层合板的层与层之间 — 胶接之处 维护与修补 3 学习界面化学的意义 无机非金属 • 矿物浮选 — 接触角 — 界面张力等有关 — 气泡上附着牢固程度 • 陶瓷工业中烧制坯料发生破裂