材料表面與界面 3 課件

1、(,1,),2,2,1,l,n,d,R,T,d,a,?,?,?,低表面張力物質(zhì)在表面上聚集,(,1,),2,2,1,l,n,d,R,T,d,a,?,?,?,2,1,ln,d,R,T,d,C,?,?,?,2,2,C,d,RT,dC,?,?,?,總結(jié)：,1,、,Gibbs,吸附公式,球與平面間的作用力,W,（,D,）,AR,6D,平面與平面間的作用力,W,（,D,）,A,12D,2,2,、宏觀物體的,Van der Waals,力,3,、靜電力,Gouy-Champman,模型,Stern,模型,3.2.3,兩平面界面在溶液中的相互作用,D,兩平面間的靜電排斥力（能）,2,0,0,(),(,6,4

2、,/,),K,D,R,W,D,n,T,r,K,e,?,?,?,Boltzman,常數(shù),n,0,單位體積中離子個(gè)數(shù),D,平板間距離,0,0,0,e,x,p,(,/2,),1,e,x,p,(,/2,),1,Z,e,T,r,Z,e,T,?,?,?,?,?,?,?,K,1,雙電層厚度,應(yīng)用范圍：,與,K,-1,相比較，表面距離大，表面電勢(shì)較大的情況,對(duì)于,1:1,電介質(zhì),1/2,0,K,n,?,1,/,2,0,1,/,2,0,(,),B,n,D,R,W,D,A,n,e,?,?,?,?,電介質(zhì)濃度增大，排斥力減小,2,2,0,1,/2,(,),i,i,n,Z,e,T,?,?,?,?,?,3.2.4,球形

3、粒子間在溶液中的相互作用,R,D,球間最小距離,2,2,0,0,(,)(,6,4,/,),K,D,R,W,D,n,T,R,rK,e,?,?,?,?,低電勢(shì)下：,2,0,1,(,),2,K,D,R,W,D,R,e,?,?,?,?,應(yīng)用范圍：,球半徑比較大，大小均勻，低電勢(shì),3.3 DLVO,理論,平板間,Van der Waals,力,2,1,2,v,d,w,A,W,D,?,?,?,吸引力,平板間靜電力,2,0,0,(,6,4,/,),K,D,R,W,n,T,r,K,e,?,?,?,排斥力,2,2,0,0,(),(,6,4,/,),1,2,K,D,A,W,D,n,T,R,r,K,e,D,?,?,

4、?,?,?,?,?,DLVO,表達(dá)式,0,D,?,v,d,w,W,?,2,0,0,6,4,/,R,W,nTR,r,K,?,?,?,D,?,?,0,vdw,W,?,0,R,W,?,W,（,D,）,D,W,R,W,vdw,影響因素：,表面電勢(shì)影響,固定體系：,K,10,6,cm,1,A,10,19,J,（,Hamaker constant,）,R,100nm,（球半徑）,W(D),/10,-19,J,D/nm,32mV,25.6mV,19.2mV,12.8mV,0mV,減小，靜電排斥能減小,12.8mV,無(wú)排斥能壘，膠體沉聚,12.8mV,稱膠體沉聚點(diǎn),1.0,K,影響（電介質(zhì)濃度）,固定體系：,

5、25.6mV,A,10,19,J,（,Hamaker constant,）,R,100nm,（球半徑）,W(D),/10,-19,J,D/nm,1.0,K,10,7,m,-1,K,3,10,7,m,-1,K,2,10,8,m,-1,K,3,10,8,m,-1,K,增加（,K,1,減少），排斥能減小。,達(dá)到一定值時(shí)，能壘消失。,Hamaker,常數(shù)影響,r,0,臨界聚沉濃度（,n,0,）,(,),0,dW,D,dD,?,3,5,4,0,2,6,(,),T,r,C,A,Z,?,?,C,常數(shù),表面電勢(shì)高,A,增加，能壘減小。,1,C/Z,6,表面電勢(shì)低,4,Z,e,r,T,?,?,?,C/Z,2,3

6、.4,空間穩(wěn)定作用,立體穩(wěn)定作用,非水體系中的穩(wěn)定作用，不帶靜電力體系中的穩(wěn)定,3.4.1,空間穩(wěn)定作用模型,體積限制效應(yīng)理論,兩吸附物質(zhì)的粒子接近時(shí)，體積擠壓，限制墑增加，,G,增加,滲透排斥理論,第二種情況，相互作用，,G0,混合區(qū),第一種情況，相互作用，,G0,，絮凝,濃度增高,滲透壓增加,吸附層越厚，體積越大，體積限制效應(yīng)越明顯,粒子表面覆蓋低時(shí)，產(chǎn)生滲透排斥,3.4.2,空間穩(wěn)定作用特點(diǎn),(,W,s,(D),兩界面間總相互作用能,W(D)=W,vdw,(D)+W,R,(D)+W,s,(D),1,）阻止距離達(dá)到第一極小值，防止聚沉,2,）受電介質(zhì)影響小,3,）水和非水中都可使用,4,）

7、可以穩(wěn)定很濃的分散體系,3.5,短程相互作用,在,0.10.2nm,范圍內(nèi)起作用,0.10.2nm,短程作用力包括：,化學(xué)鍵,氫鍵,酸堿作用,短程作用力決定第一極小值大小，作,用力越強(qiáng)，極值越小，結(jié)合越穩(wěn)定,短程作用力也稱為接觸力,界面相互作用力的一般表示,1,2,1,2,1,2,1,2,d,p,h,W,W,W,W,?,?,?,?,?,色,散,力,貢,獻(xiàn),極,性,力,貢,獻(xiàn),氫,鍵,貢,獻(xiàn),1,2,1,2,1,2,d,a,b,W,W,W,?,?,ab,表示酸堿相互作用,第四章,液液界面與不溶物表面膜,4.1,液液界面張力,常見(jiàn)水液界面張力,(20,),H,2,O,n-hex,n-oct,ben

8、z,n-octanol,Hg,0,mN/m,72.8,18.4,21.8,28.9,27.5,484,H,2,O-S,mN/m,-,51.1,50.8,35.0,8.5,375,4.2,液液界面鋪展,界面變化,A,B,A,內(nèi)聚,cohesion,單位面積自,由能變化,G,c,2,A,定義,內(nèi)聚功,Wc,2,A,發(fā)生條件,Wc 0,A,A,A,B,G,A,AB,-,A,-,B,粘附,adhesion,粘附功,W,A,A,A,B,AB,W,A,0,B,B,A,鋪展,spread,G,S,AB,A,-,B,鋪展系數(shù),S,A/B,G,S,B,-,AB,-,A,A/B,表示,A,在,B,上鋪展,S,A/

9、B,B,-,AB,A,B,A,-,AB,2,A,W,A,W,C,鋪展發(fā)生條件,S,A/B,0,粘附過(guò)程，希望,AB,小，,A,和,B,高,鋪展過(guò)程，希望,AB,小，,A,小,2,2,2,/,n,h,e,x,H,O,H,O,n,h,e,x,n,h,e,x,H,O,S,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,72.8,18.4,51.1,3.3,2,2,2,/,H,O,n,h,e,x,n,h,e,x,H,O,n,h,e,x,H,O,S,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,18.4,72.8,51.1,105.5,2,2,2,/,B,e,n,z,e,n,e,H,O,H,OB,e,n,z,e,n,

10、e,B,e,n,z,e,n,e,H,O,S,?,?,?,?,?,?,72.8,28.9,35.0,8.9,2,/,B,enzene,H,O,S,0,苯可以在水上鋪展,苯在水中有溶解性,2,2,(,),(,),62.1,28.2,H,O,Benzene,Benzene,H,O,?,?,?,?,2,2,2,2,2,(),/,(,),(,),(),B,e,n,z,e,n,e,H,O,H,O,B,e,n,z,e,n,e,H,O,B,e,n,z,e,n,e,B,e,n,z,e,n,e,H,O,B,e,n,z,e,n,e,H,O,S,?,?,?,?,?,?,?,62.1,28.2,35.0,1.1,苯在水

11、上開(kāi)始時(shí)鋪展，飽和后收縮,4.3,液液界面張力的理論計(jì)算,液體,A,液體,B,界面,無(wú),A,時(shí)，將,B,從本體中提到表面上,表面能增加，做功,B,有,A,時(shí)，,A,對(duì),B,有吸引力，,B,到表面上,所做的功,B,B,A,對(duì),B,做的功,無(wú),B,時(shí)，將,A,從本體中提到表面上,表面能增加，做功,A,有,B,時(shí)，,B,對(duì),A,有吸引力，,A,到表面上,所做的功,A,A,B,對(duì),A,做的功,A,B,a,A,B,A,B,W,?,?,?,?,?,?,A,B,A,B,A,B,a,W,?,?,?,?,?,?,Good,Girifalco,理論,假設(shè)：,A,B,a,W,為,A,、,B,各自內(nèi)聚功的幾何平均,(

12、,),(,),A,B,a,c,c,W,WA,WB,?,2,2,2,A,B,A,B,?,?,?,?,?,2,A,B,A,B,A,B,?,?,?,?,?,?,?,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì),C,、,F,液體烴較吻合，對(duì)其他有機(jī)液體不適應(yīng),Fowkes,理論,d,s,p,?,?,?,?,?,d,?,色散力對(duì)表面張力的貢獻(xiàn),s,p,?,其他相互作用對(duì)表面張力的貢獻(xiàn),極性液體,d,?,?,?,非極性液體只有色散力,d,s,p,?,?,?,?,?,假設(shè)只有色散力在界面上起作用,2,d,d,A,B,A,B,A,B,?,?,?,?,?,?,?,2,(,),A,(,),(,),/,2,A,B,a,l,k,a,n,e,a,l,

13、k,a,n,e,d,A,B,a,l,k,a,n,e,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,(),(),(),2,d,A,B,a,l,k,a,n,e,A,B,a,l,k,a,n,e,A,B,a,l,k,a,n,e,?,?,?,?,?,?,?,?,?,2,d,d,A,B,A,B,A,B,?,?,?,?,?,?,?,倒數(shù)平均法,p,?,聚合物熔體的界面張力估算,p,?,表面張力中，極性成分的貢獻(xiàn),4,4,d,d,p,p,A,B,A,B,A,B,A,B,d,d,p,p,A,B,A,B,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,A,聚甲基丙烯酸甲酯,B,聚二甲基硅氧烷,A

14、,?,24.1,B,?,14.1,用,Fowkes,求出：,d,A,?,19.7,d,B,?,12.0,2,d,d,A,B,A,B,A,B,?,?,?,?,?,?,?,=7.5mN/m,4,.,4,/,p,d,A,A,A,m,N,m,?,?,?,?,?,?,2,.,1,/,p,d,B,B,B,m,N,m,?,?,?,?,?,?,2,.,7,/,A,B,m,Nm,?,?,實(shí)測(cè),3.8mN/m,4.4,液液界面吸附,液液界面吸附符合,Gibbs,公式,(,1,),1,2,3,3,1,ln,d,R,T,d,a,?,?,?,1 3,2,Gibbs,面,滿足條件：條件一、,1,，,2,互不溶，,條件二、

15、,3,在,2,中不溶，,條件三、非電解質(zhì),4.5,超低界面張力,界面張力,10,1,10,3,mN/m,稱為低界面張力,超低界面體系：,H,2,O,油,/,表面活性劑,/,鹽類,界面張力,10,3,mN/m,稱為超低界面張力,除,H,2,O,外，其他三類相互匹配才可達(dá)到超低界面張力,H,2,O-,油界面張力,10,4,mN/m,驅(qū)油,100,1,2,m,N,/,m,C,數(shù),10,2,10,3,10,4,油對(duì)超低表面張力的影響,石油磺酸鹽,TRS1080 0.2%,NaCl 1%,H,2,O,7,1,2,m,N,/,m,C,10,2,10,3,10,4,表面活性劑濃度濃度對(duì)超低表面張力的影響,H

16、eptane,NaCl 1%,H,2,O,0.09%,1,2,m,N,/,m,C,10,2,10,3,鹽濃度對(duì)超低表面張力的影響,石油磺酸鹽,TRS1080 0.2%,Heptane,H,2,O,0.8%,4.6,微乳狀液,特點(diǎn),：,、制備時(shí)無(wú)需攪拌，自動(dòng)形成；熱力學(xué)穩(wěn)定體系,、外觀透明或半透明,、粘度非常小，與溶液相近,、膠粒尺寸,8,80nm,、配方中需要加助表面活性劑,H,2,O,油表面活性劑助表面活性劑,醇類,H,2,O,油非離子表面活性劑,微乳形成理論,微小乳液理論,微乳是乳液的一種，只是乳液滴較小。,能解釋微乳的透明性，不能解釋自發(fā)性,油自發(fā)加入到膠束中,腫脹膠團(tuán)理論,表面活性劑加

17、溶作用。不溶于水的物質(zhì)在表,面活性劑存在下，形成溶于水的膠團(tuán)。,微乳應(yīng)用,燃油摻水,摻水,20,，清澈透明,液體上光劑,清洗劑,4.7,不溶物表面膜,一種液體在另一種不相溶的液體上鋪展，所,形成的膜叫不溶物表面膜,也稱：不溶膜,底液為,H,2,O,可形成不溶物表面膜的液體：,1,）有親水基團(tuán),2,）有足夠長(zhǎng)的,C,H,鏈,4.7.1,形成條件,S,A/B,0,形成不溶物表面膜液體可以在另一種液體上鋪展,兩種液體相互不溶,單分子層、雙分子層、多分子層、高分子膜,4.7.2,表面壓、表面電勢(shì)、表面粘度,表面壓,單分子膜對(duì)單位長(zhǎng)度表面浮塊產(chǎn)生的,壓力，稱表面壓,mN/m,l,dx,l,d,x,?,?

18、,?,0,(,),l,d,x,?,?,?,?,?,0,?,?,?,?,?,0,?,底液表面張力,例如：,1,0,/,m,N,m,?,?,1,0,2,9,1,0,1,0,/,1,0,P,m,N,m,?,?,?,分子長(zhǎng),10?,1,0,0,a,t,m,?,Langmuir,膜天平,A,?,0,A,a,W,C,N,M,?,?,a,成膜分子平均占有面積,A,膜面積,W,成膜液體的重量,C,成膜液體的濃度,N,0,Avogadro,常數(shù),0,A,M,a,W,C,N,?,表面電勢(shì),成膜前后兩相間的電勢(shì)變化，,稱為表面電勢(shì),V,m,有膜時(shí)的兩相間電勢(shì)差,V,0,無(wú)膜時(shí)的兩相間電勢(shì)差,0,m,V,V,V,?,?,?,平板電容,0,4,c,o,s,n,V,?,?,?,?,?,?,介電常數(shù),0,偶極距,偶極子與垂直方向的夾角,n,單位面積上偶極子的數(shù)目,表面電勢(shì)的主要用途,1,）,判斷表面分子的取向,2,）判斷膜的均勻性,表面粘度,用途：研究泡沫、乳液、液膜的穩(wěn)定性,4.7.3,單分子膜的各種狀態(tài),G,理想狀態(tài)膜,0,(,),a,a,i,T,?,?,?,?,a,0,成膜分子所占面積,Boltzman,常數(shù),Le,G,