材料表界面
材料表界面 习题答案
材料表界面习题答案材料表界面习题答案近年来，随着科技的不断发展，材料表界面的研究成为了材料科学领域的热点之一。
材料表界面是指两个或多个不同材料之间的交界面，它们的性质和结构对材料的性能起着至关重要的作用。
因此，研究材料表界面的性质和行为对于开发新材料、改善材料性能以及解决材料失效问题具有重要意义。
一、材料表界面的定义和分类材料表界面是指材料中两个或多个不同相之间的交界面，它们的性质和结构往往与材料本身的性质有很大的差异。
根据不同的分类标准，材料表界面可以分为物理界面和化学界面。
物理界面是指两个相之间仅有形态和结构上的差异，而化学界面则是指两个相之间发生了化学反应，形成了新的化学物质。
二、材料表界面的性质和行为材料表界面的性质和行为受到多种因素的影响，包括界面能量、界面结构、界面化学反应等。
界面能量是指两个相之间的能量差异，它决定了界面的稳定性和相互作用力的大小。
界面结构则指的是界面上原子或分子的排列方式，它对界面的力学性能和电子结构具有重要影响。
界面化学反应是指两个相之间发生的化学反应，它可以导致界面的变化和材料性能的改变。
三、材料表界面的研究方法为了研究材料表界面的性质和行为，科学家们发展了多种研究方法。
其中，最常用的方法包括电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱等。
电子显微镜可以观察到材料表界面的形貌和结构，X射线衍射可以分析界面的晶体结构，而拉曼光谱则可以研究界面的振动和光学性质。
四、材料表界面的应用材料表界面的性质和行为在材料科学和工程中具有广泛的应用。
例如，在材料加工过程中，控制材料表界面的性质可以改善材料的加工性能和机械性能。
在材料设计中，通过调控材料表界面的结构和化学反应，可以开发出新的材料，如纳米材料和复合材料。
此外，材料表界面的研究还有助于解决材料失效问题，如腐蚀、疲劳和断裂等。
综上所述，材料表界面是材料科学领域的一个重要研究方向。
通过研究材料表界面的性质和行为，可以为开发新材料、改善材料性能以及解决材料失效问题提供理论指导和技术支持。
材料表界面期末考试卷
材料表界面期末考试卷一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料表界面的类型主要包括：A. 晶界B. 相界C. 界面D. 所有选项2. 晶界对材料性能的影响主要表现在：A. 强度B. 韧性C. 硬度D. 所有选项3. 相界是指：A. 两个晶体之间的界面B. 两个不同相之间的界面C. 晶体内部的界面D. 材料表面的界面4. 界面能是指：A. 界面处原子的化学能B. 界面处原子的表面能C. 界面处原子的结合能D. 界面处原子的内能5. 界面的稳定性与哪些因素有关：A. 界面能的大小B. 界面的几何形状C. 界面处的应力状态D. 所有选项6. 界面的微观结构包括：A. 晶粒大小B. 晶粒取向C. 晶界类型D. 所有选项7. 界面的宏观性能包括：A. 界面强度B. 界面韧性C. 界面硬度D. 所有选项8. 材料表界面的微观表征方法主要包括：A. 扫描电子显微镜（SEM）B. 透射电子显微镜（TEM）C. X射线衍射（XRD）D. 所有选项9. 材料表界面的宏观表征方法主要包括：A. 拉伸试验B. 硬度测试C. 冲击试验D. 所有选项10. 界面工程的目的在于：A. 提高材料的界面强度B. 改善材料的界面韧性C. 优化材料的界面性能D. 所有选项二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述材料表界面的分类及其各自的特点。
2. 描述晶界强化机制，并举例说明其在实际材料中的应用。
3. 解释界面能对材料界面稳定性的影响。
三、计算题（每题15分，共30分）1. 假设一个立方体材料的晶粒尺寸为1mm，晶界面积与晶粒体积的比值为0.05。
计算该材料的晶界总长度。
2. 给定一个材料界面的界面能为50 mJ/m²，界面面积为100 m²，计算该界面的总界面能。
四、论述题（20分）论述材料表界面在材料科学中的重要性，并结合实例说明如何通过界面工程来改善材料的性能。
五、实验题（20分）设计一个实验来研究不同热处理工艺对材料晶界类型和界面能的影响，并简要说明实验步骤和预期结果。
材料表面和界面的表征简介
Raman效应产生于入射光旳电场与介质表面上振动旳感生 偶极子旳相互作用，造成分子旳旋转或振动模式旳 跃 迁变化。
Raman光谱仪器
石墨旳Raman光谱图
Raman光谱旳特点
（1） Raman光谱研究分子构造时与红外光 谱互补
（2） Raman光谱研究旳构造必需要有构造 在转动或者振动过程中旳极化率变化
SPM扫描探针显微镜
AFM线性剖面图
AFM立体显示图
Average roughness Ra
特点 （1）针尖与样品之间旳排斥作用力；来反应
样品旳形貌 (2)辨别率可达： 0.1 nm (3) 能够在真空、大气、溶液条件下进行表面
分析，图象旳质量与针尖非常亲密有关 （4） 样品形貌起伏不能太大
三种观察原子旳措施比较
红外光谱研究旳构造必需要有有构造在转动 或者振动过程中偶极矩差别
（3）能够测定物质旳晶体构造和晶相判断， 但只能是研究光能到达旳表面区域
（4）样品能够是固态、液体或者气体
2.4 XPS光电子谱
1. 光电发射定律
原子由核和绕核运动旳电子所构成，电子具有拟定旳能量并在一定 轨道上运动(EB(i), )。当能量为hv旳光激发原子或者分子时，只要 hv >EB(i),,便可激发出i轨道上电子，并取得一定动能Ek，留下一种离子： M + hv = M+* + e-1
5. Bruggle 方程
2dhklsinhkl=n
A
hkl
m N
B
hkl
= n = mB+ BN = 2dhklsinhkl
2.3 拉曼光谱（Raman spectra）
• 光经过样品时产生散射
hv
材料表界面1-5复习
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2. Kelvin公式
弯曲表面上的蒸汽压
P 2V 2M
RTln()
P0 R r
Kelvin公式表明： 液滴的半径越小，其蒸汽压越大。 气泡的半径越小，其蒸汽压越小。
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2. Kelvin公式
弯曲表面上的蒸汽压
P 2V 2M
RTln()
P0 R r
涉及计算时特别注意： 液滴：凸面，r>0。 气泡：凹面，r<0。
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4. BET多分子层吸附理论
由BET理论可导出BET吸附公式:
V Vm(1p/p*c)(1 {p /(pc* )1)p/p*}
V—p下的吸附量; Vm—p下单分子层的饱和吸附量; p*—吸附质在温度T时作为液体的饱和蒸气压; c—与吸附热有关的吸附常数.
kelvin公式：
RTlnP ( )2V2M P0 R r
对于初始形成的液核，半径非常小，其对应的饱和蒸汽压远远大
于平液面水的饱和蒸汽压，所以液核很难形成，从而发生了空气中
水蒸气过饱和现象。
若在空中存在凝结中心， 比如灰尘， 会使水滴初始凝结曲率半 径变大， 当相应的饱和蒸气压小于高空中有的水蒸气压力时， 蒸 气会凝结成水。人工降雨正是利用种原理， 通过向云层 中的过饱 和水气提供凝聚中心( 例如Ag I 微粒) 以达到人工增雨的目的。
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表面活性剂的概念 表面活性剂分类 表面活性剂的物理化学性能 表面活性剂的重要作用
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4. Young方程
在气、液、固三相交界点，自固-液界面经过液体内
q 部到气-液界面的夹角称为接触角，通常用q表示。
固气 固 液液c气 os
固气 固 固 θ 气 液 固 液c 液 气 oq液 sc气 oqs
材料表界面-第一篇章
在能源、环境、医疗等领域，材料表界面的研究 成果具有广泛的应用前景，能够推动相关领域的 技术进步和创新发展。
02 材料表界面基础
CHAPTER
表界面定义
总结词
表界面是材料中两个相的交界面，具有独特的结构和性能。
详细描述
表界面是指两种不同的材料在接触时形成的交界面，这个交界面通常具有独特的结构和性能，与材料 的其他部分存在明显的差异。表界面在材料中的作用至关重要，它可以影响材料的物理、化学和机械 性能。
研究领域
涵盖了物理、化学、材料 科学等多个学科领域，对 于材料的应用和发展具有 重要意义。
研究方向
包括表面改性、界面反应、 表面增强等方向，旨在提 高材料的性能和功能。
研究背景与意义
1 2 3
研究背景
随着科技的发展，对材料性能的要求越来越高， 材料表界面研究的重要性逐渐凸显。
研究意义
通过研究材料表界面，可以深入了解材料的性质 和行为，为新材料的研发和应用提供理论支持和 实践指导。
模拟法
模拟法是通过计算机模拟来研究材料表界面的方法。它利用分子动力学、蒙特卡洛方法等计算方法， 模拟材料表界面的结构和性质，从而获得关于材料表界面的信息。
模拟法具有高效性和可重复性，可以在短时间内对大量材料进行表界面研究。此外，模拟法还可以预 测实验难以观测的现象和性质。然而，模拟法的结果受到模型和参数选择的限制，需要谨慎验证和校 准。
生物材料
利用材料表界面调控细胞行为， 促进组织再生和修复，为生物医 学工程和再生医学提供关键材料。
药物传递
通过材料表界面改善药物释放的 效率和靶向性，提高药物治疗效 果和降低副作用。
医学诊断
利用材料表界面提高生物标志物 的检测灵敏度和特异性，推动医 学诊断技术的发展。
材料表界面第二章液体表面
dU TdS PdV σdA (2 6)
2.2 表面张力的热力学定义
• 根据焓：H=U+pV, 自由能：F=U-TS 自由焓：G≡H-TS 微分得： dH=dU+PdV+VdP dF=dU-TdS-SdT dG＝dH-TdS-SdT
导出表界面张力的热力学方程：
W
4
r12
(
r1 r2
1)
4.85101 Jm2 4 3.1416 (103 m)2 (105 1)
6.09101 J
2.2 表面张力的热力学定义
• 热力学第一定律告诉我们可逆条件下生 成单位表面时内能的变化:
dU=dQR dWR (2 5)
• 系统功包括膨胀功和表面功:
dWR pdV σdA
2.1表面张力和表面自由能
表面张力示意：
如果在金属线框中间系一线圈，一 (a)
起浸入肥皂液中，然后取出，上面形 成一液膜。
由于以线圈为边界的两边表面张
力大小相等方向相反，所以线圈成任
意形状可在液膜上移动，见(a)图。
•表面张力的作用
(b)
如果刺破线圈中央的液膜，线圈
内侧张力消失，外侧表面张力立即将 线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的 显示出表面张力的存在。
理想表面
清洁表面
吸附表面
清洁表面:指不存在任何污染的化学纯表面，即不存 在吸附、催化反应或杂质扩散等物理化学效应的表 面。表面上会发生与体内结构和成分不同的变化。
结构变化
驰豫
指表面层之间以及表面和体 内原子层之间的垂直间距ds 和体内原子层间距d0相比有 所膨胀和压缩的现象。可能 涉及几个原子层。
材料表界面-第二章
W
4
r12
(
r1 r2
1)
4.85101 Jm2 4 3.1416 (103 m)2 (105 1)
6.09101 J
2.2 表面张力的热力学定义
• 热力学第一定律告诉我们可逆条件下生 成单位表面时内能的变化:
dU=dQR dWR (2 5)
• 系统功包括膨胀功和表面功:
dWR pdV σdA
P4 r dr 8 r dr 外部压强的两倍，求水珠2 的半径。设大气压
强P0=1.013×105Pa，20℃时水的表面张力系 数α=72.8×10-3N/m
p 2 / r (2-15)
解：水珠内外压强差：
2
P内 P外 2P0 P0 P0 R
指向液体内部，r越小，△P越大；
（2）平液面，r趋向无穷大，△P为零，跨越平液面不存在
压力差； （3）凹液面，r为负，△P为负，附加压力指向空气。
2.3 Laplace方程
2.3.2 任意曲面
如果将该曲面由ABCD向外 推移一个小小的距离dz 成 A’B’C’D’,其面积变化为：
dA (x dx)(y dy) xy xdy ydx
H A
S , P
F A
V
,T
G A
P,T
(2 10)
• 由于经常在恒温、恒压下研究表面性
能，故常用下式表示：
σ=
G A
P,T
(2 11)
• 广义表面自由能的定义：保 持相应的特征变量不变，每 增加单位表面积时，相应热
力学函数的增值。
2.2 表面张力的热力学定义
狭义的表面自由能(surface free energy)定义：
(G / A) p,T ,nB
材料表界面
一、答：表、界面是指由一个相到另一相的过渡区域，通常把凝固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。
材料表界面的物理化学性质研究
材料表界面的物理化学性质研究材料表界面是材料科学中的一个重要研究领域，它关注的是固体材料表面的物理化学性质，对于材料的设计、制备、性能和应用等方面都有着重要的意义。
本文将介绍材料表界面的物理化学性质研究的相关内容。
一、材料表界面的物理化学性质材料表界面是指固体材料表面与周围环境之间的交界面，它具有与体内材料相同或不同的物理化学性质。
材料表界面的物理化学性质包括表面能、界面稳定性、界面扩散、吸附和吸附动力学等。
表面能是指固体表面与周围环境之间的相互作用能力，它可以通过表面张力和表面自由能等进行描述。
界面稳定性是指材料表界面的稳定程度，即固体表面分子能量较低，表面积较小，有利于表面通量或表面反应的稳定性。
界面扩散是指材料表界面上的原子和分子在不同温度和压力下的运动和扩散。
吸附是指材料表界面吸附分子和离子的现象，它与材料的表面性质密切相关。
吸附动力学则研究了吸附过程中分子间相互作用能力和吸附速率。
二、材料表界面的研究方法材料表界面的研究方法包括实验和理论两种方法，这两种方法有各自的优缺点。
实验方法是通过实验手段直接观测和确定材料表界面的各种物理化学性质，例如表面张力、表面自由能、界面稳定性、扩散性、吸附性等，最常用的实验方法包括表面张力法、接触角法、界面扩散法、X射线衍射、原子力显微镜等。
实验方法的优点是具有直接性、准确性和可靠性，但是需要大量的物料和人力物力，耗时耗费较大。
理论方法则是通过理论计算、模拟和预测的方式研究材料表界面的各种物理化学性质，包括第一性原理计算、分子动力学模拟、蒙特卡洛模拟、密度泛函理论等。
理论方法的优点是能够直接预测和解释一些实验现象，减少实验的时间和物料的需求，但它也受到研究模型精度、计算资源等因素的制约。
三、表界面性质与材料应用材料表界面的物理化学性质对材料的应用领域有着广泛的影响。
更好地理解和掌握材料表界面的物理化学性质，能够为材料应用领域提供更为准确的设计和协调，例如促进新产品的材料开发、改善产品性能、提高产品效率、降低成本和环境污染等。
材料表界面 作业答案
材料表界面 作业第一章：序言1. 何谓表界面？为什么说表界面不是几何学上的平面？P1 （1）表界面是由一个相过渡到另一个相的过渡区域，由物质的具体聚集态表界面可以分为：表面（固—气、液—气）；界面（固—液、液—液、固—固）（2）表界面是相与相之间的过渡区域，其结构、能量、组成等都呈现出连续性变化，是一个结构复杂，厚度约为几个分子维度的准三维区域，因此，表界面并不是几何学上的平面。
第二章：液体表面2. 试述表面张力（表面能）产生的原因。
P12 原因为液体表面层的分子所受的力不均匀而产生的。
液体表面层即气液界面中的分子受到指向液体内部的液体分子的吸引力，也受到指向气相的气体分子的吸引力，由于气相吸引力太小，这样，气液界面的分子净受到指向液体内部并垂直于表面的引力作用，即为表面张力。
这里的分子间作用力为范德华力。
3. 在20℃及常压条件下，将半径为1.00cm 的水滴分散成半径为1.00μm(10-6m)的雾沫,需要做多少功?在20℃及1.01*105Pa 条件下，将半径为r1=1.00mm 的水滴分散成半径为r2=10-3mm 的雾沫,需要做多少功?解：3912()10rN r ==96232'0.0728*4*3.14*[10*(10)(10)]0.000913r W J --=--=-4.弯曲面的附加压力ΔP 与液体表面张力和曲率半径之间存在怎样的关系？若弯曲面为球面，平面又怎样？答：（1）关系为：Laplace 方程： （2）球面：2/ (2-15)p r σ∆=12(1/1/) (2-18)p r r σ∆=+（3）平面： r1=r2=∞,即跨越平面没有压差。
5. 毛细管法测定液体表面张力的原理是什么？为什么要对毛细管法进行修正？ 答：原理：液体在毛细管中易产生毛细现象。
由Laplace 方程推广到一般情况:其中△ρ为气液两相密度之差, θ为液体与管壁之间的接触角，r 为毛细管的半径，由上式，从毛细管上升或下降高度h 可以求出表面张力σ，即：(2)修正的原因：①把凹凸月面当作球面近似处理。
材料表界面知识点汇总
材料表界面知识点汇总1.表，界面是指一个相到另一个相的过渡区域。
2.表界面可以分为一下五类：固-气，液-气，固-液，液-液，固-固。
3.把凝聚相和气相之间（固-气，液-气）的分界面称为表面；把凝聚相之间（固-液，液-液，，固-固）的分界面称为界面。
4.理想表面的定义：指除了假设确定的一套边界条件外，系统不发生任何变化的表面。
特点：表面的原子位置和电子密度都和在体内一样，且在实际生活中理想表面是不可能存在的。
5.清洁表面的定义：指不存在任何污染的化学纯表面，即不存在吸附，催化反应或杂质扩散等一系列物理，化学效应的表面。
特点：可以发生多种与体内不同的结构和成分变化。
6.吸附表面的定义：吸附有外来原子的表面称之为吸附表面。
特点：吸附原子可以形成无序的或有序的覆盖层。
7.材料表面的分类：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，粘接界面，熔焊界面。
8.表面张力的定义：在液体表面膜中，存在着使液体表面积缩小的张力，这种张力称为表面张力。
9.吸附是组分在热力学体系的各相中偏离热力学平衡组成的非均匀分布现象。
通常将被吸附的分子成为吸附质，固体则称为吸附剂。
10.吸附类型分为物理吸附和化学吸附。
11.表面张力计算公式：12.表面张力产生的根本原因是分子间相互作用力的不平衡引起的。
13.表面张力本质上是由分子间相互作用力，即范德瓦尔斯力，单位为：J/m2place方程:附加压力的方向总是指向曲率中心一边，且与曲率大小有关。
place方程：球面：与曲率半径成反比任意曲面：；对于平液面，两个曲率半径都为无限大，p=0，表示跨过平液面不存在压差。
16.当毛细管浸在液体中，若液体能浸润管壁，则会发生毛细上升现象，液面呈凹月形。
反之，若液体不能浸润管壁，则液面下降呈凸液面。
17.Kelvin公式：po为T温度下，平液面的蒸汽压；P为T温度下，弯液面的蒸汽压；V为液体摩尔体积；r为弯液面的曲率半径。
生物材料的表面与界面-材料表界面的表征方法 材料表界面课件
微构重塑技术构建工程化组织示意图
在动态搅拌培养体系中采用细胞增殖和成骨诱导两步法制备骨微组织，形成的骨微组织呈现良好的细胞活性和丰富的胞外基质， 细胞分布均匀且无明显坏死区成骨诱导后能表达Ⅰ型胶原和骨钙素等成骨分化相关基因，碱性磷酸酶活性和钙基质沉积随诱导时间延⻓而增加。
采用“微构重塑技术”体外 构建厘米级工程化骨组织
材料和细胞的形貌结构变化 细胞生长速度 结合状态
细胞种类、数量的变化
※ 界面能测定
了解不同材料与机体组织细胞的反应规律和细胞界面性 质。
从固体表面润湿临界张力及液体在固体上的接触角来测定。
※ 界面应力测定
检测材料与细胞界面的力学性能、应力传导方式和途径。 常规方法：光弹应力分析法、有限元计算法、
等高线描绘法、激光全息及各种传感技术
激光扫描共聚焦显微镜
生物医学领域的主要应用：
通过一种或者多种荧光探针标记后，可对固定的组织或活体样 本进行亚细胞水平结构功能研究高空间分辨率、非介入无损伤 连续光学切片、三维图像、实时动态等细胞结构和功能的分析 检测……
Conventional fluorescence microscope
Confocal microscope
1. 描述一下生物材料表界面这门学科诞生的背景以及必然性； 2. 简述拓扑结构对于生物材料表面细胞行为的影响； 3. 简述常见的生物材料表面表征的方法； 4. 材料表面生物化学改性的意义；
AFM的原理较为简单，当针尖接近样品时，针尖受到力的
作用使悬臂发生偏转或振幅改变。悬臂的这种变化经检测 系统检测后转变成电信号传递给反馈系统和成像系统，记 录扫描过程中一系列探针变化就可以获得样品表面信息图 像。
悬臂的偏转或振幅改变可以通过光反射法、光干涉法、 隧道电流法、电容检测等方法检测。目前AFM系统中常用的 是激光反馈系统，它有简便灵活的特点。
材料表界面范围
第一章绪论名词解释：表、界面；物理表面表界面是指由一个相到另一个相的过渡区域。
物理表面：三维规整点阵到体外空间之间的过渡区域；厚度随材料种类而异，从一个到多个以上不同性能的相。
2、表界面指相与相之间的过渡区域，因此表界面区的结构、能量、组成等都呈现连续的梯度变化。
3、按照扩散的微观机制可将表面扩散分为两类;自扩散和互扩散。
4、固体中的扩散是通过原子的随机运动进行的，因此扩散的前提是有可供原子运动的空间。
5、扩散过程的微观机制是缺陷的运动。
6、晶界迁移是重要的界面扩散传质现象，可由不同的驱动力引起；晶界迁移的特点与处于一定能量状态的晶界原子结构特点密切相关，其过程的本质是晶界能量的下降。
公式：第二章液体界面名词解释：表面张力：液体表面任意二相邻部分之间垂直于它们的单位长度分界线相互作用的拉力表面自由能：广义，保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。
狭义，保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能。
特劳贝（Traube）规则；在同系物溶液中，欲使表面张力降低得一般多，所需溶液浓度因分子中每增加一个亚甲基-ch2-而减少为原来的三分之一。
2、表面张力产生的根本原因是分子间相互作用力不平衡引起的；3、处在液体表面层的分子与其内部分子所受力场相同（错）；4、气液界面的分子净受到指向液体内部的引力，该引力主要是范德华力；（对）5、由于系统的能量越低越稳定，所以液体表面有自动收缩的能力；（对）6、表面弯曲的液体在表面张力的作用下，表面上承受着附加压力，且方向总是指向液体内部；（错）7、跨过平液面不存在压差；（对）8、毛细管法测液体表面张力时，要求毛细管被所测液体完全浸润。
（错）9、Kelvin公式表明：液滴的半径越小，其蒸汽压越大；气泡的半径越小，其蒸汽压越小。
10、利用毛细管法测液体表面张力时，当毛细血管浸在液体中，若液体能浸润管壁，则会发生毛细上升现象，液面呈凹月形：若液体不能浸润管壁，则液面下降呈凸液面。
材料表界面(beta)
1.定义与概念表界面是由一个相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。
表面功：温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加d A所需要对体系作的功，称为表面功。
单位质量的吸附剂具有的表面积为比表面积（单位：m2/g)；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。
接触角：在三相交界处自固—液界面经过液体内部到气—液界面的夹角叫接触角，以θ表示。
表面活性剂达到形成单分子膜的最低浓度叫临界胶束浓度（CMC）。
亲疏平衡值（HLB）：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。
其中石蜡HLB＝0，油酸钾HLB＝20；十二烷基硫酸酯钠HLB ＝40。
故阴离子表面活性剂HLB在1~40之间，非离子表面活性剂的HLB在1~20之间。
非离子型表面活性剂乳状液随着温度升高，从原来O/W（水包油）型转变为W/O（油包水）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）。
测定方法：由于O/W型比W/O型的电导率高，在转相时电导率发生突变，那么此时的温度即为PIT。
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）。
表面活性剂达到形成单分子膜的最低浓度叫临界胶束浓度。
测定方法：表面张力法、电导法、光散射法（Tyndall效应）。
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。
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，溶液突然变成浑浊，此时的温度成为浊点，即C.P点。
复合材料是由两种或两种以上的不同材料通过一定工艺制成的多相材料，并具有与原组成材料不同的新的性能。
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一、复合材料概述
复合材料的结构：
纤维增强塑料
基体相
塑料：把纤维粘结在一起，使纤维的强度充分发挥
增强剂相
纤维：分散于塑料，混凝土中的“钢筋”，承担负荷
相与相之间存在界面。
一、复合材料概述
复合材料的界面：
界面对复合材料的性能起着至关重要的作用。复合材料的性 能不是组成材料性能的简单加和，而产生了 1＋1>2 的作用， 称为协同效应。
１.３ １.７ ２.１ ５.３
比模量 （108cm）
２.７ ２.６ ２.５ ２.０
碳纤维I／环氧复合材料 １.６ １.０７
２.４
６.７
１５
碳纤维II／环氧复合材料 １.４５ １.５０
１.４
１０.３ ９.７
有机纤维／环氧复合材料 １.４ １.４０
０.８
１0.０
５.７
硼纤维／环氧复合材料 ２.１ １.３８
２.１
６.６
１０
二、聚合物基复合材料
聚合物基复合材料的一般特性： ②电性能好：
电绝缘性、高频介电性能、微波透过性好，适宜于电机仪表零件、雷达罩等。
二、聚合物基复合材料
聚合物基复合材料的一般特性： ③ 耐腐蚀性能好：
耐海水、酸碱、盐和有机溶剂，适宜于化工机械零部件、管道、贮槽、渔船等。
二、聚合物基复合材料
一、复合材料概述
复合材料的分类：
按基体材料分类 ① 聚合物基复合材料：热固性和热塑性树脂基 ② 金属基复合材料 ③ 无机非金属基复合材料：陶瓷基，水泥基 其中，应用最广、产量最大的是聚合物基复合材料。
二、聚合物基复合材料
聚合物基复合材料的一般特性： ① 轻质高强 ② 电性能好 ③ 耐腐蚀性能好 ④ 热性能好 ⑤ 性能具有可设计性 ⑥ 界面结合性差，层间剪切强度低
第十章 复合材料的界面
第十章 复合材料的界面
一、复合材料概述 二、聚合物基复合材料 三、玻璃纤维增强塑料界面 四、先进复合材料的界面
一、复合材料概述
复合材料是以两种或两种以上不同材料通过一定的工艺 复合而成的多相材料。
金属材料
取
协
长
复合
同
补
材
作
短
无机
有机
非金属 料 高分子
用
材料
材料
ห้องสมุดไป่ตู้
产生原来单一材料本身所没有的新性能
聚合物基复合材料的一般特性： ④ 热性能好：
导热系数低，是优良的绝热材料。耐烧蚀性能能保护飞行器重返大气层免受 2000℃以上的高温、高速气流损害。高性能复合材料可设计成热膨胀系数为 零、能在高低温的交替中保持良好的尺寸稳定性材料。
二、聚合物基复合材料
聚合物基复合材料的一般特性： ⑤ 性能具有可设计性：
二、聚合物基复合材料
聚合物基复合材料的一般特性： ⑥界面结合性差，层间剪切强度低
由于复合材料是由性能遽然不同的两种材料构成，因而界面的相容性和结 合力差，使得复合材料的层间剪切强度、横向强度都不够理想。因此，常常要 对复合材料进行界面改性来提高复合材料的性能。
聚合物基复合材料也存在一些缺点和问题，如工艺稳定性较差，材料性能 分散性大，耐高温和环境老化性不好等。
一、复合材料概述
复合材料是以两种或两种以上不同材料通过一定的工艺 复合而成的多相材料。
包括三层意义：
它是一种多相材料，包含两种或两种以上物理上不同并可用机 械方法分离的材料。
它可以在人为控制下以某种工艺将几种分离的不同材料混合在 一起，形成复合材料。
它的性能应优于各单独的组分材料，在某些方面可能具有组分 材料没有的独特性能。
性能除与纤维、树脂的种类及含量外，还与纤维的排列方向、铺层次序 和层数有关，因此可以优化设计，做到安全可靠，经济合理。
在制造复合材料的同时，也就得到了制品，可一次成型。这一特点使得 复合材料制品的零部件数目可明显减少，避免了接头过多，降低了应力集中。 同时，也相应减轻了零部件的重量，减少了制造工序和加工量，缩短加工周 期，降低生产成本。
断裂能大幅提高的原因？
玻璃纤维的断裂能约为10 J／m2， 聚酯的断裂能约为 100 J／m2， 而复合后的玻璃纤维增强塑料的断裂能达105J／m2
一、复合材料概述
复合材料的界面：
界面是复合材料产生协同效应的根本原因
一、复合材料概述
复合材料的界面：
图10-2复合材料破坏过程中的能量吸收
裂纹在基体中发展，遇到纤维，可 能发生界面脱粘、基体和纤维的断 裂、纤维拔出等过程，吸收了大量 能量。并且裂纹发展未必在一个平 面上，可沿着材料中不同的平面发 生如上的界面脱粘、基体和纤维的 断裂、纤维拔出等过程，直到裂纹 贯穿了某一平面材料才破坏，这就 使得复合材料的断裂能大大高于各 组分材料的断裂能的加和，充分体 现出复合材料的协同效应。
二、聚合物基复合材料
聚合物基复合材料的一般特性： ① 轻质高强：
相对密度低，1.4--2.0之间，约为钢的1/5,铝的1/2，比强度比钢、铝合金高，如高 模量碳纤维/环氧复合材料的比强度为钢的5倍，铝合金的4倍。其比模量是钢、 铝、钛的4倍。是复合材料适宜用作航空、航天材料的宝贵性能。
二、聚合物基复合材料
一、复合材料概述
复合材料的界面：
图10-3复合材料界面模型
1 纤维本体区 2 纤维表面区 3 界面吸附层 4 基体表面区 5 基体本体区
界面相内的化学组分，分子排列，热性
能，力学性能呈现连续的梯度性变化。
界面相很薄，是亚微观的，却有极其复杂的结构。在两相复合过程中，会出现 热应力（导热系数，膨胀系数的不同），界面化学效应（官能团之间的作用或 反应）和界面结晶效应（成核诱发结晶，横晶），这些效应引起的界面微观结 构和性能特征，对复合材料的宏观性能产生直接的影响。
也正是对复合材料存在的问题的研究解决，推动着 复合材料科学的发展。
二、聚合物基复合材料
聚合物基复合材料的分类：
用于复合材料的聚合物基体有多种分类方法，如按树 脂热行为可分为热塑性及热固性两类。
二、聚合物基复合材料
聚合物基复合材料的分类（基体）： 热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜、 聚醚醚酮等，它们是一类线形或有支链的固态高分子， 可溶可熔，可反复加工成型而无任何化学变化。
聚合物基复合材料的一般特性：
① 轻质高强： 一些常用材料及纤维复合材料的比强度和比模量
材料
钢 铝合金 钛合金 玻璃纤维复合材料
密度 拉伸强度 （g/cm3） （GPa）
７.８ １.０３ ２.８ ０.４７ ４.５ ０.９６ ２.０ １.０６
弹性模量 （102GPa）
２.１ ０.７５ １.１４ ０.４
比强度 （106cm）