材料表界面习题答案

材料表界面习题答案
【篇一：材料表界面期末复习】
> 1、表界面的定义及其种类。

定义；表界面是由一个相过渡到另一个相的过渡区域。

若其中一相
为气体，这种界面通常称为表面。

种类:表界面通常有五类：气-液界面（表面），气-固界面（表面），液-液界面，液-固界面，固-固界面。

二、液体表面
1、表面张力定义及表面自由能定义答：表面张力是单位长度上的
作用力，单位是n/m
表界面张力的热力学定义为：
由能量守恒定律，外界所消耗的功存储于表面，成为表面分子所具
有的一种额外的势能，也称为表面能。

??(?g/?a)p,t,nb
由于分子在体相内部与界面上所处的环境是不同的，产生了净吸力。

而净吸力会在界面
2、计算：
r1=1mm,r2=10－5 mm
2?32a=4?r?4?3.1416?(6.2?10m)11?4.83?10?4m2
se?ga1＝?a11－3?2?42＝（72?10j?m)(4.83?10m)?3.5?10?5j
3、laplace方程表达式
12 ?p??(1/r?1/r) (2-18)
就是laplace方程，是表面化学的基本定律之一。

注释：（1）若：r1＝r2＝r，则曲面为球面，回到（2－15）式；（2）若：r1＝r2＝无穷大，则液面为平面，压差为0。

4、表面张力的几种测定方法。

（1）毛细管法（2)最大气泡压力法 (3)滴重法 (4)吊环法
解：先求水滴半径：代入kelvin公式：
6、gibbs吸附等温式（溶液的表面张力）
表面张力随溶液组成的变化规律一般有三种比较典型的类型
三、固体表面
1、比表面积定义：
－? 1g某种固体，其密度为2.2 g/cm3，把它粉碎成边长为106
cm的小立方体，求其总
表面积。

2、吸附等温线：吸附量可用单位质量吸附剂所吸附气体的量或体积来表示。

3、langmuir吸附等温式
a、langmuir
吸附公式
b、用活性炭吸附chcl3，符合langmuir吸附等温式，在0 ℃时的饱和吸附量为93.8 dm-3*kg-1。

已知chcl3的分压为13.4kpa时的平衡吸附量为82.5 dm-3*kg-1 。

试计算chcl3的分压为为6.67kpa 时的平衡吸附量。

解：
4、bet多分子层吸附理论定义
（1）固体表面是均匀的，吸附作用是吸附和解吸的平衡
（2）吸附是多分子层的。

各相邻吸附层之间存在着动态平衡。

（3）第一层吸附是固体表面与气体分子之间的相互作用，其吸附热为ｑ１。

第二层以上的吸附都是吸附质分子之间的相互作用，吸附热接近被吸附分子的凝聚热ｑＬ。

5、young 方程和接触角定义
young 方程
6、接触角的测定方法
（1）停滴法（2）电子天平法
7、润湿过程的三种类型
（1）粘附润湿：这是液体直接接触固体，变气-液表面和气-固表面为液-固界面的过程。

（2）浸湿：浸湿过程是原来的气-固表面为液-固界面所代替。

（3）铺展润湿：铺展润湿是液体与固体表面接触后，在固体表面上排除空气而自行铺展的过程，亦即一个以液/固界面取代气/固界面同时液体表面也随之扩展的过程。

第2章表面活性剂
1、什么是表面活性剂
加入很少量就能大大降低溶剂的表面张力，使表面呈现活性状态的物质称为表面活性剂。

2、表面活性剂分子的结构特点
表面活性剂分子有两种不同性质的基团所组成，一种是非极性的亲油基团，另一种是极性的亲水基团。

3、表面活性剂的分类
（1）按亲水基类型分：根据表面活性剂溶于水中能否解离,解离成
何种离子进行分类 (a) 能电离的叫做离子型表面活性剂(b) 不能电离
的叫非离子型表面活性剂。

（2）按分子量大小分：（a）低分子量表面活性剂：1000以下；（b）中高分子量表面活性剂：1000以上；
（3）按工业用途分类：渗透剂、润湿剂、乳化剂、分散剂等。

（4）按疏水基的类型分：（a）碳氢链；（b）聚氧丙烯；（c）氟
表面活性剂（d）硅表面活性剂（e）含硼表面活性剂
4、表面活性剂的表面物理化学性能（表面活性、cmc、pc20）
表面活性剂的活性
是用于评价表面活性剂降低表面张力的能力的。

（2）表面活性剂的效率：将表面张力降低到某一值以下，比较不同
表面活性剂的浓度。

浓度越小，效率越高。

通常用cmc表示。

（3） pc20 ：表面张力降低20mn/m时，溶液本体浓度(c2)的负对
数值即为pc20。

pc20值越大，表示该表面活性剂降低表面张力的效率越大；pc20
值增加一单位，表面活性剂的效率提高10倍。

表面活性剂的效率与
能力不一定一致
5、亲疏平衡值定义
亲水-疏水平衡值hlb的大小表示表面活性剂亲水亲油性的相对大小，hlb值越大，表示该表面活性剂的亲水性越强，hlb越低，则亲油性
或疏水性越强。

6、 hlb值范围及其适当用途
hlb值范围应用 hlb值范围应用
1~3 消泡剂 8~18o/w型乳化剂
3~6 w/o型乳化剂 13~15 洗涤剂
7~9 润湿剂15~18 增溶剂
7、 hlb 值的确定
（1）非离子型hlb值的计算
对聚乙二醇和多元醇非离子型表面活性剂:
亲水基分子量100亲水基部分分子量100??hlb?? 疏水基分子量?
亲水基分子量5表面活性剂分子量5
（2）求
的hlb值
解：亲水基分子量：（ch2ch2o)9=396 表面活性剂分子量=616
hlb=396/616*100/5=12.86
对于聚乙二醇型非离子表面活性剂，上式可作如下改变：
hlb=eo/5 (5-2)其中eo为聚乙二醇部分及亲水基的质量%数
（3）混合表面活性剂hlb值的计算
m?hlba?mb?hlbbhlb?a(2-5) ma?mb
8、什么是相转型温度（pit)
非离子型表面活性剂乳状液随着温度升高,从原来o/w型转变为w/o
型的温度,称为相转型温度(pit), 也叫做亲水-亲油平衡温度(hlb温度).
9、什么是cmc？影响因素有哪些？
（1）少量活性剂的加入可使水的表面张力迅速下降，但到某一浓度后，水溶液的表面张力几乎不变。

这个表面张力转折点的浓度称为
临界胶束浓度（cmc)。

（2）影响因素：①亲油因素使cmc下降；②亲水因素使cmc增加；
③温度影响开始时cmc随温度升高而下降，中间经过一最小值，然
后随温度升高而增大。

10、 krafft温度
离子型表面活性剂的溶解度随温度变化的特点是在足够低的温度下，溶解度随温度升高而慢慢增大，当温度达到某一定值后，溶解度会
突然增大。

这种现象称为krafft现象。

溶解度开始突然增大的温度
叫krafft温度,也叫k.p点.
11、浊点
非离子型表面活性剂溶液的溶解度随温度升高而下降，当温度升到
一定值时，溶液突然变成混浊，此时的温度成为浊点，即c.p值。

第3章高分子聚合物表面
1、总结固体聚合物表面张力的测试方法。

（1）由熔融聚合物的表面张力-温度关系外推；
（3）由等张比容法估算
（4）由表面张力与内聚能关系估算
2、聚合物表面改性和表面接枝各有哪些方法？其原理各是什么？
表面改性方法：
（1）电晕放电处理（2）火焰处理和热处理（3）化学处理（4）臭
氧氧化
（5）低温等离子处理（6）表面接枝
表面接枝方法:
（1）表面接枝聚合法：①射线辐射法②低温等离子法③光化学接枝法
（2）耦合接枝法
（3）添加接枝共聚物法
第五章生物材料表界面
【篇二：材料表界面】
相和气相之间的分界面称为表面，把凝固相之间的分界面称为界面。

分为两大类：物理表面和材料表面。

物理表面又分为：理想表面、
清洁表面、吸附表面；材料表面有如下几类：机械作用界面、化学
作用界面、固态结合界面、液相或气相沉积界面、凝固共生界面、
粉末冶金界面、粘结界面、熔焊界面等。

在国民经济建设各领域，表、界面科学亦显示出愈来愈重要的作用。

主要应用在食品、土壤化学、造纸、涂料、橡胶、建材、冶金、能源、电子工业和航天技术等领域。

二、答：溶质的浓度对溶剂表面张力的影响有三种类型，第一类物
质的加入会使溶剂的表面张力略为升高，属于此类物质有强电解质（如无机盐、酸、碱）；第二类物质的加入会使溶剂的表面张力逐
渐降低（如低碳醇、羧酸等有机物）；第三类物质少量加入就会使
溶剂表面张力急剧下降，但到一定浓度后，表面张力变化很缓慢或
几乎不下降，趋于一个稳定值。

我们把能使溶剂（通常为水）表面
张力降低的物质称为具有表面活性的物质，如第二类和第三类物质
都能使溶剂表面张力降低，它们都具有表面活性。

表面活性剂的种类很多，按亲水基类型分类是表面活性剂分类的主
要方法，表面活性剂溶于水能电离生成离子的叫做离子型表面活性剂；不能电离的叫非离子型表面活性剂。

离子型表面活性剂按生成
离子的性质可分成阴离子、阳离子和两性表面活性剂。

按相对分子
质量分类：低分子表面活性剂，相对分子质量200-1000；中分子表
面活性剂，相对分子质量1000-10000；高分子表面活性剂，相对分
子质量10000以上。

按工业用途分类:表面活性剂可分为渗透剂、润
湿剂、乳化剂、分散剂、起泡剂、消泡剂、净洗剂、杀菌剂、匀染剂、缓染剂、柔软剂、平滑剂、抗静电剂防锈剂等。

有的表面活性
剂可同时具有几种功能。

三、答：陶瓷材料为无机非金属粉末晶体在一定条件下形成的多晶
聚集体。

表面结构:由于表面处原子周期性排列突然中断，形成了附
加表面能，表面原子的排列与内部有明显的差别。

晶界:晶界是多晶
体中由于晶粒取向不同而形成的，可以分为孪晶界、小角度晶界和
大角度晶界。

相界有较高的压电、介电性，可由结晶相和玻璃相、
气相共同构成，在亚微米和微米级范围内，无法明确区分三类界面
厚度。

【篇三：表面与界面习题】
解：表面张力是将物体表面最大一个单位面积所需作的功。

也可理
解为作用在单位长
度上的力。

表面能是在恒温恒压及组成不变的条件下，每增加一个
单位的表面积时，体系
自由焓的增值。

液体因不能承受剪应力，外力所做的功表现为表面积的扩展。

因而
表面能与表面张力
的单位及数量是相同的。

其单位为j?m-2。

固溶体因能承受剪切力，外力的作用除了表现为
表面积的增加外，有一部分变成塑性形变。

因此，固体的表面能与
表面张力不等。

4-2 在真空条件下al2o3的表面张力约为0.9j/m2，液态铁的表面张
力为1.72j/m2，同样
条件下的界面张力（液态铁-氧化铝）约为2.3j/m2，问接触角有多大？液态铁能否润湿氧化
铝？
?sv??sl0.90?2.30
4-3 测定了含有一个固态氧化物、一个固态硫化物和一个液态硅酸
盐的显微结构，有以
解：按题意绘图如下：
112?100?
??cos56??0.78j/m2
cos50
面张力。

＝4316.4n/m2＝4316.4pa
从以上计算可见，产生微小气泡时主要阻力来自附加压力。

在石英
玻璃熔体中，初生
于配合料在熔化过程中，一系列化学反应放出大量气泡，玻璃液与
耐火材料间物理化学作
用也会产生气泡。

新析出的气相一次为核心，一开始就形成较大的
气泡，这样△p就大为降
压相比已减少到可忽略的程度，一次通体中气泡就能够形成。

它所具有的形状是双球冠形，如图4-2示。

状较稳定，还是在境界上呈双球冠形较为稳定？
1
图4-4 4-5图3
，
晶界上增加了
所以
解：每1g石英所占体积1/2.65＝0.3774cm3/g
0.377410＝9?10?12 每克石英含粒子数 4.188?10
1.02＝0.3849cm3/g
吸附水后每克石英所占体积 2.65
0.3849＝4.28?10?12cm3
10吸附水后每粒石英所占体积9?10
?124.28?10r.021?10?12＝1007nm4/3? 吸附水后每粒石英半径
1000nm＝7nm 吸附水膜厚度 1007nm－
4-7 具有面心立方晶格的晶体，其（110）、（100）、（111）面
上表面原子密度分别为0.555，0.785，0.907，试回答哪一个晶面上
固-气表面能将是最低的，为什么？
unu＝0(1?is)lsnnib解：根据表面能公式，其中u为表面能； u0
为晶格能；n位阿
佛加德罗常数，ls为1 m2表面上的原子数目；nis、nib分别表示
第i个原子在晶体表面和晶体内部时最邻近的原子数目。

在面心立方
晶体中：nib＝12，nis在（111）面上为6；在（100）面上为4；
在（110）面上为2。

将上述数据代入公式：
u0u6(1?)＝0.450
n12n
u0u02u（＝0.555(1?)＝0.46110）n12n u(111)＝0.907
u0u04u（100＝0.785(1?)＝0.53）n12n
u（100）?u（110）?u（111）
因而原子密排面上表面能最低。

4-8 假如高岭石薄片的四面体上，每个裸露的氧上吸附着一个水分子，试问高岭石质量将增加多少？
3h2o3?18＝＝21％al2si2o5(oh)4258
图4-5 4-8题附图
4-9 试解释粘土结构水、结合水（牢固结合水、松结合水）、自由水的区别，分析后两种水在胶团中的作用范围及其对工艺性能的影响。

解：4-9题列表比较如下：
类cm 2/g表示）是多少？内容 1
解：每克粘土所占体积 ?＝1＝0.385cm3/g2.6
?42?7?163(0.5?10)?10?10＝25?10cm一粒粘土所占体积
（粘土薄片体积v＝d2h）。

每克粘土所含粒子数 0.38514＝1.54?1025?10?16。