界面与胶体化学
《胶体与界面化学》考试大纲
《胶体与界面化学》考试大纲一、参考教材1．《胶体与界面化学》[M].章莉娟，郑忠.华南理工大学出版社.2006年2月.二、考核要求《胶体与界面化学》介绍胶体化学概貌,胶体的制备、胶体的表面性质、胶体的动力性质、光学性质、流变性质、电学性质及胶体中应用最广的两种体系：乳状液和溶胶。
同时介绍已得到广泛应用的表面活性剂的知识和纳米材料技术和检测知识。
通过本门课程学习，要求考生系统掌握与矿物资源加工与利用研究方向相关的基本概念、基本原理和计算方法，能够运用所学的基础理论、基本知识和基本方法分析和解决有关理论问题和实际问题。
三、考试内容、比例1.胶体（约占5%）了解界面物理化学基础知识；掌握胶体的制备和净化；溶胶的运动性质；溶胶的光学性质；溶胶的电学性质；双电层结构模型及溶胶的稳定性。
2.表面张力与表面能（约占30%）熟练掌握表面张力的概念、产生原因、影响因素和测定方法，常见弯曲界面的现象和解释，润湿角θ的定义和测量方法，杨氏方程，黏附功、浸润功、铺展系数的计算，润湿程度判定等内容。
3.固体表面的吸附作用（约占30%）熟练掌握固体表面的特点，吸附剂、吸附质的概念，物理吸附和化学吸附的区别与判定，吸附热，吸附曲线，吸附等温线、吸附量测定方法，Freundlich吸附等温式，Langmuir吸附等温式，BET吸附等温式,固-气界面吸附的影响因素,固-液界面吸附特点、影响因素与机理等内容。
4.表面活性剂（约占30%）熟练掌握表面活性剂的定义、结构特点与分类，Gibbs吸附公式，LB膜的结构和特性，胶束与临界胶束浓度的概念，胶束结构，临界胶束浓度的测定方法和影响因素，胶束理论内容，表面活性剂的HLB值，表面活性剂的增溶作用，表面活性剂在润湿、渗透、分散絮凝、起泡消泡等方面的应用。
5.凝胶与乳状液（约占5%）了解凝胶的概念、分类、主要特征、制备方法，凝胶结构的分类，溶胶-凝胶转变时的现象，胶凝作用的影响因素，触变作用、离浆作用、膨胀作用、吸附等内容；乳状液的定义和分类，乳化剂的定义、分类和作用机理，选择乳化剂的方法，乳状液的制备方法和物理性质，乳状液类型的鉴别方法，影响乳状液稳定性的因素，乳状液的变型与破乳等内容的熟练掌握。
胶体与界面化学
前言
在1913—1942年期间，美国科学家Langmuir在界面科学领域做 出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分子膜的研究尤为突出。 他于1932年获诺贝尔奖，被誉为界面化学的开拓者。
界面化学的统计力学研究是从范德华开始的。1893年，范 德 华认识到在界面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部 自由能密度的概念，结合范德华方程，并引入半经验修正，从 理论上研究了决定于分子间力的状态方程参数与界面张力间的 关系。50年代以后，界面现象的统计力学研究经过勃夫 （F.Buff）、寇克伍德（Kirkwood）、哈拉西玛（Harasima） 等的研究工作，取得了实质性的进展。
2020/10/4
前言
1806年，拉普拉斯（place）导出了弯曲液面两边附 加 压力与界面张力和曲率半径的关系.可用该公式解释毛细管现 象。1869年普里（A.Dapre）研究了润湿和黏附 现象，将黏 附功与界面张力联系起来。界面热力学的奠基人吉布斯 （Gibbs）在1878年提出了界面相厚度为零的吉布斯界面模型， 他还导出了联系吸附量和界面张力随体相浓度变化的普遍关 系式即著名的吉布斯吸附等温式。1859年，开尔文（Kelvin） 将界面扩展时伴随的热效应与界面张力随温度的变化联系起 来。后来，他又导出蒸汽压随界面曲率的变化的方程即著名 的开尔文方程。
胶体化学作为一门学科来说，它的历史比较一致的 看法是从1861年开始的，创始人是英国科学家Thomas Graham， 他系统研究过许多物质的扩散速度，并首先提出晶体和胶体 （colloid）的概念，制定了许多名词用来形容他所发现的
2020/10/4
前言
事实。现今我们所用的一些名词，如溶胶（sol）、凝 胶（gel）、胶溶（peptization）、渗析（dialysis）、 离浆（syneresis）都是Graham提出的。尽管在这一时 期积累了大量的经验和知识，但胶体化学真正为人们所 重视并获得较大的发展是从1903年开始的。这时 Zsigmondy（德）发明了超显微镜，肯定了溶胶的一个 根本问题——体系的多相性，从而明确了胶体化学是界 面化学。1907年，德国化学家Ostwald创办了第一个胶 体化学的专门刊物——《胶体化学和工业杂志》，因而 许多人把这一年视为胶体化学正式成为一门独立学科的 一年。接着Freundlich和Zsigmondy先后出版了他们的 名著《毛细管化学》（1909）和《胶体化学》（1902）。 近几十年来，
界面化学与胶体科学
界面化学与胶体科学界面化学与胶体科学是一门研究物质在界面上行为的学科，它广泛应用于化学、材料科学、生物技术等领域。
本文将介绍界面化学与胶体科学的基本概念、研究内容和应用前景。
一、界面化学的基本概念界面化学是研究物质在两相界面上相互作用和传递的学科。
在界面上，不同相的物质会发生各种各样的相互作用，如分子间的吸附、扩散、电荷转移等，这些过程决定了物质在界面上的性质。
界面化学研究的对象包括气液、液液、固液等各种界面。
二、胶体科学的基本概念胶体科学研究的是胶体系统，即由两种或多种物质组成的具有连续介质性质的复相系统。
胶体系统的一个重要特点是存在着分子大小在1纳米到1微米范围内的颗粒。
胶体科学主要研究胶体颗粒的形成、性质和应用。
三、界面化学与胶体科学的关系界面化学和胶体科学在很大程度上是相互关联的。
在胶体系统中，胶体颗粒会与界面相互作用，界面化学的理论和方法可以解释胶体系统中的界面现象；而界面化学的研究成果也为胶体科学提供了理论基础和实验手段。
可以说，界面化学为胶体科学提供了基本的原理和方法。
四、界面化学与胶体科学的研究内容界面化学与胶体科学的研究内容包括以下几个方面：1. 界面活性剂：界面活性剂是一类能够在两相界面上降低表面张力的物质，常见的有表面活性剂、胶体活性剂等。
界面活性剂的分子结构和特性对其在胶体系统中的应用起着重要的影响。
2. 胶体颗粒的合成和表征：胶体颗粒的形成方法多种多样，包括化学合成、物理法合成等。
同时，通过各种手段对胶体颗粒进行表征，如粒径分布、形态特征等，可以了解其性质和应用潜力。
3. 界面现象的研究：界面现象是界面化学与胶体科学的核心内容之一。
界面上的吸附、扩散、分离等过程都是界面现象，研究这些现象可以揭示胶体系统的宏观性质。
4. 胶体的应用：胶体科学的研究成果在材料科学、化学、生物技术等领域具有广泛的应用前景。
例如，通过调控胶体颗粒的形态和结构，可以制备新型的材料，如纳米颗粒、胶体晶体等。
胶体与界面化学
34.高分子絮凝剂的特点：1）加入量少时絮凝，量多时保护，与无机絮凝剂相反；2）相 对分子量愈大愈好，但如大到不溶于水，则效果变差；3）水溶性高分子带电，与颗粒静 电相吸，絮凝好；4）受PH值影响大；5）电解质帮助吸附。 35.架桥理论：有利于吸附的因素，有利于絮凝；当高分子浓度高时，高分子将每个颗粒 包住，破坏架桥，使颗粒变得稳定。 36.高分子的空位絮凝理论：高分子不被颗粒吸附时，颗粒之间产生吸引力，使颗粒产生 絮凝，称为高分子的空间絮凝理论。 37.快速凝结：相当于化学上的活化能为零的反应，凝结速度完全由扩散动力学控制。 38.临界凝结浓度ccc：把体系带入快速凝结方式所需的电解质浓度。主要由反粒子的化合 价决定，与化合价的六次方成反比。 39.DLVO理论：溶胶粒子间存在的相互吸引力和相互排斥力是决定胶体溶液稳定性的因素。 40.胶体的稳定性取决于体系相互作用能量曲线的有效形式，即吸引能和排斥能两相之和 与粒子分离距离的函数。 41.表面活性剂的两个特点（性质）：①表面活性剂吸附在表面上具有改变表面张力的能 力②当其浓度超过一定值时，表面活性剂在体相溶液中会形成各种有序聚集体，从而使溶 液表现出一系列的功能性质。 42.表面活性剂定义：他们有聚集于界面的特别趋向，或者在非常低的物质的量的浓度下 在溶液中形成胶体凝聚。 43.亲水亲油平衡值(HLB)指表面活性剂分子中亲水基团和亲油基团的大小和长度的平衡。 即表面活性剂分子中一个亲水基团的亲水能力对亲油基团的亲油能力的平衡关系。(低亲 油强) 44.表面活性剂的溶解度性质随憎水尾链长度、端基结构、反粒子价数和溶液环境变化而 变化。 45.Krafft温度:离子型表面活性剂在低温时溶解度较低，随着稳定升高其溶解度缓慢增加。 当达到某一温度后其溶解度迅速增加，在溶解度-温度曲线上出现转折。
胶体与界面化学
第一章 胶体和界面简介
❖因而许多人把这一年视为胶体化学正式成为一门 独立学科的一年。接着Freundlich（弗罗因德利希） 和Zsigmondy（席格蒙迪）先后出版了他们的名著 《毛细管化学》（1909）和《胶体化学》（1902）。
1915年Wolfgang Ostwald称胶体和界面科学内容
为 “被忽视尺寸的世界”。是一种边缘科学的领域
第一章 胶界普遍存在的现象。二者密不可分。 因此对胶体和界面现象的研究是物理化学基本原 理的拓展和应用。从历史角度看，界面化学是胶 体化学的一个最重要的分支，随着科学的发展， 现今界面化学已独立成一门科学，有关“界面现 象”或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有 多种版本。本课程主要介绍与界面现象和胶体有 关的物理化学原理及应用。它包括各种相界面和 表面活性剂胶体的相关特性和理论。
这些成品及其制作过程都与胶体化学密切相关。 1809年，俄国化学家Scheele（舍勒）发现了土粒的 电泳现象；1829年英国植物学家Brown（布朗）观 察到花粉的布朗运动。此后，许多人相继制备了各 种溶胶，并研究了它们的性质。
胶体化学作为一门学科来说，它的历史比较一致的 看法是从1861年开始的，创始人是英国科学家
胶体与界面化学
第一章 胶体和界面简介
一、胶体和界面化学的发展简史 胶体化学是物理化学的一部分，和物理化学又紧 密相关，近年来发展成为一门专门的学科，与生 产和生活实际联系之紧密和应用之广泛是化学学 科中任一分支不能比拟的。北京大学的戴乐荣专 门写文章论述了胶体化学的重要性。物理化学和 胶体化学式属于同一范畴。二者的区分在于研究 的对象不同，物理化学主要研究大块相和分子、 离子分散体系，而胶体化学研究的对象，其质点 大小在10-6-10-7cm范围内的高度分散的体系，因 此将物理化学和胶体化学联系起来，对物质全部 分散态的研究才能完成。
胶体与界面化学的基本概念和应用
胶体与界面化学的基本概念和应用胶体与界面化学是一个跨学科的领域，它研究的是界面和介质之间的相互作用，涉及到物理学、化学、材料科学和生物学等多个学科。
在工业、生产和科研中，胶体与界面化学的应用十分广泛。
本文将介绍胶体与界面化学的基本概念和应用。
一、胶体的基本概念胶体是由两种或两种以上的物质所组成的分散体系，其中一种物质是连续的相，另外一种物质是弥散的相。
胶体的具体形态非常复杂，可以是膏状、凝胶状甚至是液体状等。
胶体分为溶胶、凝胶和气溶胶三种类型。
溶胶是由纳米尺度的粒子组成的分散体系，其中的纳米粒子可以任意分散在连续相中。
这种溶胶被广泛应用于纳米材料制备、生物医学、电子学和环境治理等领域。
凝胶是由粒子或聚合物所组成的网络结构，可以吸收水分使得凝胶体积膨胀。
这种凝胶广泛应用于医药、生物医学和环保等领域。
气溶胶是由气态物质组成的胶体，其中气体是弥散的相，液滴或固体微粒是连续相。
这种物质特征可以用于制备高分辨率材料和催化剂等。
二、表面活性剂表面活性剂是一种介于水和油之间的物质，具有分散和乳化作用。
分散作用是指表面活性剂可以将水性物质分散到水中，或将油性物质分散到油中。
乳化作用则指它能够将油性物质微细地分散在水中，形成乳液。
表面活性剂由亲水性头基和亲疏水性尾基组成。
头基能够与水分子发生氢键作用，而尾基则是由长链烷基或烷基芳基等组成的，可以与油性物质相容。
三、胶体稳定剂胶体稳定剂是一种能够控制胶体性质和稳定分散体系的物质。
它可以防止分散体系中的胶体粒子聚集或沉淀，从而使之保持稳定。
胶体稳定剂的作用可以分为物理和化学两类。
物理作用包括分散、粉化、重聚和聚集等一系列过程。
而化学作用则指的是它们能够与物体发生化学反应，产生光学、电学、化学和生物学等方面的变化。
四、应用胶体与界面化学的应用广泛，包括药物传递、润滑剂、工业催化剂、化妆品等。
以下是此领域中的一些具有代表性的应用。
1. 药物传递胶体化学可以有效地用于制备药物载体。
胶体与界面化学的应用研究
胶体与界面化学的应用研究一、胶体化学的基本概念和意义胶体（colloid）是一种介于分子和粗大颗粒之间的物质状态，其粒径一般在1~1000纳米之间。
胶体具有许多独特的物理化学性质，如稳定性、表面活性、光学性质、电学性质等。
胶体的研究是物理化学和材料科学的重要领域之一，其在生物学、医药学、环境科学、地球化学等众多学科中都有着广泛的应用。
界面化学是研究物理化学系统中两个相界面（或相互作用）上的化学现象的学科。
任何物理化学体系都有界面，因此界面化学涉及的领域非常广泛，如表面张力、界面吸附、润湿、界面反应、薄膜等。
界面化学的基础研究以及技术应用在化学、物理、材料、生物、药物等领域具有重要的地位。
二、胶体化学和界面化学的联系从定义上看，胶体是一种在两个不同相之间存在的介于小分子和大分子之间的物质状态，而界面就是两个相的交界面。
因此，胶体和界面的研究有着很强的联系。
从实践应用上看，大部分的胶体都是由表面活性剂、胶体颗粒、高分子等形成的。
这些物质在溶液中的行为和性质涉及到了表面活性、胶体稳定、胶体分散性、胶体粘度等一系列与界面化学相关的现象。
因此，胶体化学和界面化学通常是作为一个整体来研究的。
研究胶体与界面化学有助于理解生物大分子的组装、微纳米材料的制备和表征等等问题，同时也为应用研究提供了很多新的思路和方法。
三、胶体和界面化学的应用1、药物传递系统由于胶体颗粒本身的小尺寸和高比表面积，导致许多药物可以吸附在胶体颗粒表面或者被包含在胶体颗粒之中，从而形成药物传递系统。
这种系统具有以下优点：增强药物的生物利用度、延长药物的半衰期、减少副作用、控制药物溶解度和生物相容性等。
界面化学的应用在制备药物传递系统方面尤为明显。
如通过改变表面活性剂分子的结构、改变颗粒或胶的形状和尺寸等方法，可以控制药物传递系统的粒径、稳定性和药物释放速率等参数。
2、生物医用材料生物医用材料的界面活性质对于其应用效果至关重要。
例如，人工关节、金属支架等生物医用材料的表面需要具有很好的生物相容性和组织相容性。
界面化学与胶体科学
界面化学与胶体科学界面化学与胶体科学涉及研究物质在界面和胶体状态下的性质和现象。
这两个研究领域在化学、物理、材料等多个学科领域中具有重要地位，对于探索物质的微观世界、开发新型材料、改善生产技术等具有重要的理论和应用意义。
一、界面化学界面化学是研究各种相之间分界面的性质和变化规律的学科。
在物质的固态、液态和气态之间，常常存在着一些相互分隔的表面，这些表面即为界面。
例如，液体和固体之间的表面称为固液界面，液体和气体之间的表面称为液气界面。
界面化学主要研究这些表面的结构、性质和相互作用，探讨分子在表面上的吸附、聚集和反应等过程，为理解物质的性质和相互作用提供了重要的理论支持。
二、胶体科学胶体科学是研究胶体和胶体溶液的物理化学性质及其应用的学科。
胶体是一种介于溶液和悬浮液之间的物质状态，其特点是颗粒粒径在1-1000纳米之间。
在胶体状态下，颗粒与溶液之间的相互作用起着至关重要的作用，这些相互作用通常由电荷、疏水性等因素所决定。
胶体科学研究胶体颗粒的形态、结构、稳定性，控制颗粒间相互作用的方法，从而开发出具有特殊性能的新型材料，如纳米颗粒、胶体纳米晶体等。
三、界面化学与胶体科学的应用界面化学和胶体科学在生物医药、材料科学、环境保护、食品工业等领域有着广泛的应用。
例如，通过界面化学的研究，可以改善药物的输送方式，提高药物的生物利用度和疗效；胶体科学的研究有助于开发具有特殊功能的纳米颗粒，用于医学诊断、疗法和组织工程；此外，在油田开发、纳米材料合成、废水处理等方面，界面化学和胶体科学也发挥着重要作用。
四、结语界面化学与胶体科学对于理解物质的微观结构和相互作用、开发新型材料、解决环境和能源问题具有重要的科学意义和应用价值。
随着科学技术的不断发展，界面化学与胶体科学必将继续推动材料科学、生物医药、能源环境等领域的发展，并为人类社会的可持续发展作出更大的贡献。
胶体与界面化学
生长过程消耗溶质量大，易形成大沉淀。 5、电动现象：①电泳：在外电场的作用下，带电胶粒在介质中定向移动②电渗：外电场作用下，分散介质通过 多孔膜或极细的毛细管而运动。 6、胶体表面电荷的来源：①电离②离子吸附③离子不等量溶解④晶格取代⑤摩擦带电 7、双电层理论：胶核的静电作用把溶液中的反离子吸附到其周围。①表面电势：②Stern 电势：stern 面的电势 ③电动电势：当分散相粒子和液体介质相对运动时，产生的电位差 8、 电势的影响因素：①无机盐浓度②PH③交换性阳离子 9、胶体的稳定性：DLVO 理论：①范得华引力势能②斥力势能 10、影响聚结稳定性的因素：反离子的价数：电解质的聚沉能力与反离子的 6 次方成反比。离子的大小：离子 半径越小，越易靠近颗粒表面，聚沉能力越强 11、空间稳定理论：颗粒表面高聚物的存在，会使颗粒间产生一种新的斥力势能，阻止胶粒聚集，称空间稳定 作用 第五章表面活性剂 1、亲水基：离子头、极性基团、EO 链。亲油基：烷基、PO 链、酯基 2、SAa 简述：I．阴离子 SAa：A：羧酸盐 B：磺酸盐 C：硫酸脂盐 D：磷酸脂盐 II．阳离子 SAaA：季铵盐 B：吡啶盐 9、临界胶团浓度是表面活性剂溶液开始大量形成胶团的浓度 10、同系物中，疏水链长增加，cmc↓ 11、无机盐使离子型 SAa 的 cmc 显著降低（反离子与胶团结合，电性的排斥作用削弱）对非离子型 SAa 的 cmc 影响不如对离子型 SAa 明显，电解质浓度较高时才产生可觉察效应。 12、HLB 值的概念：亲水亲油平衡值 (1)基团数法或基数法：HLB 值是由表面活性剂分子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团对 HLB 值的贡献可 用数值表示，此数值称为 HLB 基团数(group number)或基数。 HLB=∑(亲水基团 HLB)-∑(亲油基团 HLB)+7 (2)质量分数法：对聚氧乙烯基的非离子型表面活性剂。计算式为： 亲水基质量 HLB= 20 亲水基质量 亲油基质量 13、Saa 的重要作用：加溶作用、润湿作用、乳化和破乳作用、分散和絮凝作用。
胶体与界面化学
胶体与界面化学胶体和界面化学是化学学科中的两个非常重要的分支，主要研究物质的表面性质和界面现象。
胶体是基于二相（固体-液体、液体-液体、气体-液体、气体-固体）的分散体系，粒径大小在1nm至1μm之间。
而界面是指两种不同物质之间的分界面，如液体表面、气液界面、固液界面等。
胶体在我们的日常生活中经常出现，许多熟悉的物质，例如牛奶、血液、纸张、涂料、乳化油等都是胶体。
从宏观上看，它们呈现出悬浮于溶液中的微小颗粒。
从微观上看，它们是由分散相和连续相构成的，其中分散相是微小的颗粒，而连续相是包含分散相的介质。
分散相和连续相的界面称为胶体界面。
由于分散相和连续相具有不同的物理化学性质，所以胶体系统具有独特的性质和功能。
同时，胶体系统也是许多工业和生命科学应用的基础。
在胶体科学中，胶体的稳定性是一个重要的问题。
胶体的稳定性对于胶体颗粒的协同作用、胶体的转变以及物质交换过程起着重要的作用。
一些常用的稳定性机制包括DLVO理论、生物分子作用力和电场效应等。
DLVO理论是阐述胶体相互作用的基本理论之一，该理论将胶体相互作用分为库仑相互作用和范德华力相互作用，并进一步阐述了胶体的凝聚和稳定机制。
生物分子作用力是通过分子间的特定相互作用来影响胶体的聚集和构型变化，其中最重要的可能是疏水作用和静电相互作用。
电场效应引入背景电场的影响，在胶体交互作用的过程中，背景电场能够影响胶体的相互作用，使之更加复杂。
界面化学是一个研究物质表面性质和表面现象的学科，它广泛应用于化学、物理学、材料科学等不同领域。
界面的性质和现象在许多领域中都是非常重要的，如表面活性剂、液晶、合金材料、催化剂、表面吸附等。
在界面化学中，一个非常重要的概念是表面张力。
表面张力是指液体表面上分子间相互作用力造成的张力。
这种力量会导致液体分子在表面聚集起来，使得表面变为一个弹性值。
表面张力是界面现象中最重要的物理性质之一，它对液滴、泡沫、生物膜等物质的稳定性起着决定性的作用。
胶体与界面化学
胶体与界面化学1. 为什么自然界中液滴、气泡总是圆形的？为什么气泡比液滴更容易破裂？答：假若液滴具有不规则的形状，则在表面上的不同部位，曲面弯曲方向及其曲率不同，所具有的的附加压力的方向和大小也不同，这种不平衡的力，必将迫使液滴呈现球形。
相同体积的物质，球形的表面积最小，则表面总的Gibbs自由能最低，所以变成球状最稳定。
半径非常小的气泡中的饱和蒸汽压比外界压力小得多，所以气泡更容易破裂。
2. 毛细现象为什么会产生？答：根据Kelvin公式：RTln(pr/po)=2Vγ/r，曲率半径极小的凹液面蒸汽压降低，低于饱和蒸汽压，即可以在孔性固体毛细孔中的凹液面凝结。
因毛细管曲率半径极小，因此会产生毛细现象。
3. “气塞”和“气蚀”现象为什么会存在？它的危害?答：在液压系统中，当流动液体某处的压力低于空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会游离出来，使液体产生大量的气泡，阻碍液体流动，这就是液压中的气塞现象气蚀是由于流体在高速流动与压力变化条件下，与流体接触的金属面上发生洞穴状腐蚀。
二者危害：产生振动和噪声，降低机械性能。
4. 天空为什么会下雨？人工降雨依据什么原理？向高空抛撒粉剂为什么能人工降雨？答:地面的水汽蒸发形成云，温度下降形成水滴。
云中的水滴凝结到一定程度(也就是不能被上升气流支撑的时候)，就产生了降雨。
人工降雨的原理：通过一定的手段在云雾厚度比较大的中低云系中播散催化剂（AgI）破坏原有的水汽胶性稳定状态，从而达到降雨目的。
向高空抛散粉剂是为了提供凝聚中心，使形成的雨滴初始曲率半径增大，则饱和蒸汽压降低，使得水汽可以很快凝聚在固体粒子周围形成雨滴落下，这就是人工降雨。
5. 为什么会产生液体过热现象？加入沸石为什么能消除过热现象？答：产生机理：1）液体正常沸腾时，不仅表面气化，液体内部也自动生成微小气泡。
然后小气泡逐渐长大并升至液面气化。
2）但是，由于附加压力的存在，最初生成的小气泡内部压力远小于其所承受的压力（包括外压P0、液体静压力ρgh、附加压力），小气泡不可能存在。
胶体与界面化学研究
胶体与界面化学研究胶体是指大小在1-1000纳米之间的固体或液体微粒，而胶体化学则是研究胶体的组成、性质以及制备和应用的学科。
胶体包含了溶液和晶体的特性，因此其独特的性质和广泛的应用受到了越来越多的研究者关注。
界面化学则是研究液体、固体和气体之间的互动，探究其在化学反应、材料科学、环境科学和能源研究等领域的应用。
本文将介绍胶体和界面化学的基本概念、实验方法和应用领域。
一、胶体基本概念1. 胶体的定义胶体是一种物理状态，通常指直径在1纳米到1微米之间的微粒，包括液-固胶体、液-液胶体和气-液胶体。
胶体还采用了分散相和连续相的概念，其中分散相是微小的固体、液体或气体微粒，而连续相则是周围的介质。
2. 胶体的组成胶体的微粒包括溶解在介质中的原子或分子、悬浮在介质中的固体颗粒或微生物、以及吸附在介质表面的化学物质。
它们在介质中的分布和相互作用决定了胶体的性质和应用。
3. 胶体的性质胶体具有独特的物理、化学和生物性质，例如：(1) 大幅度的光学效应，如光学旋光、荧光、Raman散射等；(2) 丰富的电化学性质，如电泳、电沉积、电化学反应等；(3) 物理性质，如相变、表面张力、粘度等；(4) 生物学上的作用，如蛋白质稳定、药物传递、细胞贴附等。
二、胶体制备与表征1. 胶体制备方法目前，制备胶体的主流方法包括溶剂溶胶法、沉淀法、凝胶法等。
其中，溶剂溶胶法是通过在溶液中溶解和凝聚分散相，而沉淀法和凝胶法则是通过化学反应来制备固体微粒和凝胶，然后将它们悬浮在介质中。
2. 胶体表征方法为了研究胶体的性质和组成，一系列的表征方法被用来分析和测量胶体的大小、分布、形态、表面性质和组成，例如：透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、脉冲场梯度核磁共振(PFG-NMR)、小角度X射线散射(SAXS)和动态光散射(DLS)等。
三、界面化学基本概念1. 界面化学的定义界面化学是研究液体、固体和气体之间的化学反应和相互作用的学科，它将物质分为两个相，界面就是它们的接触面。
胶体与界面化学基础
胶体与界面化学基础胶体与界面化学是化学领域中一个重要的分支，研究物质在界面上的性质和相互作用规律。
胶体与界面化学的基础知识对于理解许多自然现象和工程应用具有重要意义。
本文将介绍胶体与界面化学的基础概念、性质和应用。
一、胶体与界面化学基础概念1. 胶体的定义胶体是一种特殊的物质状态，介于溶液和悬浊液之间。
在胶体中，微粒的直径一般在1纳米到1000纳米之间，微粒称为胶体粒子。
胶体粒子可以是固体、液体或气体，分散在另一种物质中形成胶体溶液。
2. 胶体的分类根据胶体粒子和分散相之间的相互作用力的不同，胶体可以分为溶胶、凝胶和乳胶。
溶胶是胶体中的固体颗粒与溶剂之间的相互作用力较弱，凝胶是胶体中的固体颗粒与溶剂之间的相互作用力较强，乳胶是胶体中的液体颗粒分散在另一种液体中。
3. 界面化学的定义界面化学是研究物质在界面上的性质和相互作用规律的科学。
界面是两种不同相之间的分界面，如固体与液体、液体与气体之间的交界面。
界面化学主要研究表面张力、界面活性剂、胶体稳定性等问题。
二、胶体与界面化学的性质1. 表面张力表面张力是液体表面上的分子间相互作用力导致的表面的收缩趋势。
表面张力使得液体表面呈现出尽可能小的表面积，形成球形。
表面张力的大小与液体的种类和温度有关。
2. 界面活性剂界面活性剂是一类能够降低界面张力的化合物，可以在两种不相溶的相之间形成稳定的界面。
界面活性剂的分子结构一般含有亲水性和疏水性基团，可以在水和油之间起到乳化、分散、润湿等作用。
3. 胶体稳定性胶体稳定性是指胶体溶液中胶体粒子不发生聚集和沉降的性质。
胶体稳定性受到溶质浓度、溶剂性质、温度等因素的影响。
胶体稳定性的研究对于工业生产和生物医药领域具有重要意义。
三、胶体与界面化学的应用1. 工业生产胶体与界面化学在工业生产中有着广泛的应用，如乳化液体、稳定乳液、表面活性剂的应用等。
界面活性剂在油田开发、油漆涂料、食品加工等领域发挥着重要作用。
2. 生物医药在生物医药领域，胶体与界面化学的研究应用也十分广泛，如纳米药物载体、胶体药物制剂、生物膜的研究等。
胶体与界面化学
1、胶体的定义：1nm~1um2、界面的定义：一个界面是一定的空间区域，通过这个区域体系由一相转变为另一相，这种变化在原子或分子直径十倍或几十倍的距离上发生，即为相邻两相的界面区域。
3、表面：两相中一相为气相。
4、胶体的分类方法1：粗分散(大于100nm) 胶体分散（1~100nm）分子分散（小于1nm）5、胶体的分类方法2：憎液胶体（电解质存在为其必要的稳定因素、对电解质的稳定性低、为不可逆聚沉、电镜下可见、与溶剂差别小、粒子具有的电荷固定）+亲液胶体（与其相反）6、胶体研究对象的热力学分类1、狭义胶体体系纳米分散体系（热力学不稳定、聚结过程不可逆例子：溶胶、泡沫、悬浮液、乳状液、气溶胶）1、缔合体系（热力学稳定、聚结过程可逆例子：胶束、微乳液、脂质体）3、高分子溶液（热力学稳定、聚结过程可逆例子：淀粉/水明胶/水橡胶/己烷）7、胶体的特点：1、巨大的比表面能（使胶体体系具有很强的吸附能力）2、物质性质的尺寸效应（影响到体系的荧光、吸光性质、氧化还原能力）8、胶体科学：研究不均相体系的科学，凡是在固、液、气相中含有固、液、气微粒的体系均属胶体科学研究的范围。
微粒大小在1nm~1um之间。
9、界面化学：研究物质在多相体系中表面的特性和在表面发生的物理和化学过程及其规律。
界面化学是化学学科的分支，涉及物理学、生物科学、计算机科学、药学、环境科学的多个学科。
10、几何学界面：二维无限延伸、有面积、无厚度。
11、化学界面：是一个区，在该区中从一相之性质变为邻相之性质。
这种转变至少在分子大小的距离才能表现出来。
因而表面有厚度。
12、界面类型：除气/气外。
13、胶体历史发展：一个实际上错误的概念引出介观领域一个重要的科学分支。
14、现代胶体科学研究的内容：分散体系（分散体系的形成与稳定体系：气溶胶、憎液溶胶、亲液溶液、粗分散体系（乳状液、悬液）理论：气溶胶理论、成核理论、高聚物溶液理论、胶束理论）光学性能、流变性能、纳米材料（智能流体，电、磁流变体纳米颗粒的有序排列光吸收与光散射理论、理论与想象流变学、颗粒相互作用力理论）界面现象润湿、摩擦、黏附、吸附现象五个界面（理论：表面力理论、表面层结构、分子定向理论各种吸附理论）有序组合体（溶胶有序分子组合体生物膜与仿生膜有机无机混合膜有序组合体重的物理化学反应）BLM膜，LB膜，脂质体、液晶理论（分子间相互作用力液晶理论增溶现象胶团催化定向合成）15、工业和自然界常见实例：1、作为胶体或表面活性材料而制造的产品、表面现象：肥皂、洗涤剂、（非表面活性剂：乳化剂、稳定剂）灭草剂、杀虫剂、织物软化剂胶体想象：乳胶涂料、气溶胶、食品、化妆品和软膏、药品、墨水、上光剂、油基涂料、油和气的添加剂、胶黏剂。
胶体与界面化学及其应用
胶体与界面化学及其应用胶体与界面化学是一门涉及多学科交叉的科学，它研究的是介于分子集合体和大分子之间的微粒体系。
胶体粒子在尺寸范围上介于原子和大分子之间，通常在1到1000纳米之间。
而界面则是相邻两相（如气液、液液或固液等）的分界面，界面化学则是研究物质或物质间相邻的分界面上的物理化学性质和化学过程。
1 胶体化学的起源胶体化学源于19世纪末的化学家Thomas Graham对比较稀少的水溶液的分离实验，实验表明了有些化合物在水溶液中可以分离出一些相对较稳定的物质，但并不是晶体，而是没有明确的形状、自然发散，但又不是纯粹的混合物的一种物质。
这是胶体的最初描述。
2 胶体的基本特征因为胶体粒子是间接可见的微观物体，很难测定其物理化学性质。
因此，我们通常通过胶体的一些基本特征来描述其性质。
例如分散度、溶剂含量、粒径大小、分布范围、表面功、表面离子制积分、分子的光学散射等。
其中，分散度是描述胶体分散情况的专业术语，它包含两方面的内容：一是检测胶体微小粒子的数量和分布情况，二是检测粒子是否相对稳定，即不发生团聚。
3 界面化学的研究对象界面化学涉及到的研究对象是界面分子、离子及其活动。
界面分子是指界面上与分子相互作用的分子，它们的分子体积一部分在相内，一部分在相外，因而它们的分子间相互作用自然也出现了交叉。
因此，界面化学常涉及分子间各种各样的物理化学过程。
4 界面物理化学的主要内容界面物理化学的主要内容涵盖表面现象、表面活性剂、电化学理论及其应用等方面。
表面现象研究相邻两相（如气水、油水、液固等）之间的表面现象（表面张力、界面等电点、分散粘度等），表面活性剂则研究活性剂分子在表面的行为（如吸附等），以及二者之间相互作用的现象与规律；而电化学理论则是研究电化学界面系统中电化学反应，通过分析电化学反应行为来推演该系统的整体性质，例如电极反应、溶解度分析等等。
5 胶体与界面化学的应用胶体和界面化学在现代生产和生活中有着广泛的应用。
界面与胶体化学课程设计
界面与胶体化学课程设计1. 引言界面与胶体化学是化学中一个重要的分支，它研究的是物质在界面和胶体系统中的性质和变化规律。
在工业生产和科学研究中，界面与胶体化学的研究有着重要的应用价值。
本文将探讨针对界面与胶体化学领域的课程设计，旨在提高学生的研究能力和实践能力，培养学生的创新意识和实践动手能力。
2. 课程设计目标本课程设计的主要目标如下：1.了解和掌握界面与胶体化学的基本概念和基础知识；2.熟悉界面与胶体化学的实验技术和方法；3.能够独立设计并完成界面与胶体化学实验；4.学会进行数据处理和分析；5.培养学生的创新意识和实践动手能力。
3. 课程设计内容3.1 界面与胶体化学基础知识在本课程中，将介绍界面与胶体化学的基础知识，包括界面活性剂、表面张力、表面活性剂、吸附等概念。
通过理论教学和案例分析，让学生了解这些概念的本质和应用。
3.2 界面与胶体化学实验本课程也将重视实验操作，其中包括以下实验项目：1.表面张力的测定实验；2.界面活性剂的测定实验；3.吸附实验；4.胶体颗粒的制备和表征实验；5.胶体电泳实验。
通过这些实验，让学生掌握实验的基本技巧，并进一步了解界面与胶体化学的实验方法。
3.3 课程设计项目本课程设计还将引导学生进行一个小型课程设计项目，选题范围包括：1.吸附剂的纯化和表征；2.界面活性剂的性质及作用；3.胶体颗粒的制备及表征。
学生可以自主选择课程设计的方向，并与指导老师进行沟通和交流。
在课程设计过程中，学生需要独立完成实验设计、样品制备、实验操作、数据分析和实验报告撰写，以能够真正提高其实践能力和科研能力。
4. 课程设计评估评估形式主要包括以下几个方面：1.平时表现：包括出勤情况、实验室操作规范性、参与课堂讨论等；2.实验报告：包括实验设计、样品制备、实验操作、数据分析和实验报告撰写等；3.课程设计评估：包括选题的合理性、设计的创新性、实验方法的完整性、数据分析的准确性和结果的可靠性等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
系 专业 班 学 姓
┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉密┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉封┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉线┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉
纳米材料的研究进展
摘要：
在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，组件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。
新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。
本文介绍了纳米材料和纳米技术的概念及其研究进展，并且着重介绍了纳米材料的应用及纳米材料的发展前景预测。
关键词：纳米材料纳米技术研究进展应用发展趋势。
引言：
新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的
战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。
纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。
指由纳米单元构成的任何类型的材料，如金属、陶瓷、聚合物、半导体、玻璃和复合材料等。
这些纳米级的结构单元，如纳米粒子（0维）、碳纳米管（1维）和纳米层（2维）等又是由原子和分子组成的。
通过改变纳米结构单元的大小，控制内部和表面的化学性质及它们的组合，就能设计材料的特性和功能。
1、纳米材料和纳米技术
1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10倍，成为纳米技术研究的热点。
诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。
2、纳米材料的研究进展
纳米材料的研究最初源于十九世纪六十年代对胶体微粒的研究，二十世纪六十年代后，研究人员开始有意识得通过对金属纳米微粒的制备和研究来探索纳米体系的奥秘。
1984年，德国萨尔布吕肯的格莱特(Gleiter)教授[3] 把粒径为6nm的金属铁粉原位加压制成世界上第一块纳米材料，开创纳米材料学之先河。
1990年7月，在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳
米科学技术学术会议(Nano-ST)，标志着纳米材料学作为一个相对独立学科的诞生。
中科院沈阳金属所的卢柯小组[6]在纳米材料及相关亚稳材料领域取得了突出的成绩。
他发展的利用非晶完全晶化制备致密纳米合金的方法已与惰性气体蒸发后原位加压法、高能球磨法成为当前制备金属纳米块材的三种主要方法之一。
他们发现的纳米铜的室温超塑延展性，被评为2000年中国十大科技新
闻。
3、纳米材料的应用
(1)、纳米碳管
1991年，日本电气公司的专家制备出了一种称为“纳米碳管”的材料，它是由许多六边形的环状碳原子组合而成的一种管状物，也可以是由同轴的几根管状物套在一起组成的。
这种单层和多层的管状物的两端常常都是封死的，如图所示。
这种由碳原子组成的管状物的直径和管长的尺寸都是纳米量级的，因此被称为纳米碳管。
它的抗张强度比钢高出100倍，导电率比铜还要高。
在空气中将纳米碳管加热到700 ℃左右，使管子顶部封口处的碳原子因被氧化而破坏，成了开口的纳米碳管。
然后用电子束将低熔点金属（如铅）蒸发后凝聚在开口
的纳米碳管上，由于虹吸作用，金属便进入纳米碳管中空的芯部。
由于纳米碳管的直径极小，因此管内形成的金属丝也特别细，被称为纳米丝，它产生的尺寸效应是具有超导性。
因此，纳米碳管加上纳米丝可能成为新型的超导体。
纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。
我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。
(2)、家电
用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用为作电冰箱、空调外壳里的抗菌除味塑料。
(3)、环境保护
环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。
这种膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。
(4)、纺织工业
在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、用品，可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。
(5)、机械工业
采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。
4、纳米材料的发展前景预测
据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。
目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发
展纳米技术和纳米计划的研究计划。
美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。
日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。
德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。
在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。
从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。
由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。
在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。
多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。
预期十五期间，各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。
纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。
我国每年房屋竣工面积约为18亿平方米，年增长速度大约为3％。
18亿平方米的建筑若全部采用建筑涂料装饰则总共需建筑涂料近300万吨，约200～300亿元的市场。
目前，我国建筑涂料年产量仅60多万吨，世界现在涂料年总产量为2500万吨，每人每年消耗4千克，为发达国家的1/10，中国人年均涂料消费只有1.5千克。
因而，建筑涂料具有十分广阔的发展前景。
由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。
但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。
必须加倍重视纳米技术和纳米基础理论的研究，为我国在21世纪实现经济腾飞奠定坚实的基础。
参考文献
[1] 王超贺跃辉彭超群刘新利张泉.一维金属纳米材料的研究进展. 中国有色金属学报, 2012, 22(1)
[2] 沈永才徐菲吴义恒.类石墨烯硫族化合物纳米材料及其在能源领域中的应用.材料导报,2016,
30(11)
[3] 林婵．海洋化学工程与技术．中国海洋大学,2014
[4] 李磊刘卫谢雅典．模板法制备无机纳米材料的研究进展.合成化学, 2017, (1)
[5] 刘炳光李建生刘希东卢俊锋田茂. 钙钛矿太阳电池光吸收层纳米材料研究进展. 无机盐工业, 2016, 48(12)
[6] 乔俊赵建国解谦等. 纳米炭材料对作物生长影响的研究进展. 农业工程学报, 2017, 33(2)
[7] 刘沛波杨俊魏大鹏等. 柔性透明纳米发电机的电极材料研究现状. 功能材料, 2017, 48(1)
[8] 潘春旭李伟平张豫鹏等. 基于纳米材料与纳米结构的纳米电源研究进展. 无机材料学
报,2014, (9)
[9] 马保国刘晓海梅军鹏等. 纳米TiO2对硫铝酸盐水泥早期水化的影响.功能材料,2017, 48(2)
[10] 杜建平赵瑞花于峰等. 纳米碳颗粒在催化中的应用及前景. 材料导报,2010, 24(17)。