界面化学的研究内容及应用前景

界面化学的研究内容及应用前景

（中北大学化工与环境学院09040342）

摘要界面化学是研究物质在多相体系中表面的特征和表面发生的物理和化学过程及其规律的科学。这就是说界面化学研究内容不仅仅局限于化学过程和规律，对界面体系特征和物理过程和规律也进行研究。界面化学在能源、材料、生物、化学制造和环境科学等领域具有广泛的应用，并渗透到国民经济的各个主要领域中。本文综述了我国界面化学所研究的内容，着重叙述了表面活性剂的相关情况及其发展方向展，另外，本文特别介绍了近10 年所取得的成就，介绍了界面化学的研究新方法，以及新型两亲分子有序组合体的设计与构建、界面化学与有序分子膜、界面化学在微纳米功能材料合成中的应用新进展、界面化学在生物医药中的研究新进展等，并对该学科的发展前景与趋势进行了分析。

关键词界面化学研究内容研究方法学科进展应用发展趋势

前言

界面是指物质相与相之间交界的区域，存在于两相之间，厚度约为几个分子层到几十分子层，它不同于几何中说“面”的概念，几何中的面是抽象得到的，没有厚度的，对于具体图形所限定的面还可以进行面积计算，这里的面是有厚度的，是具体物质相之间的交界区域。物质间的相界面有气液界面、气固界面、液固界面、液液界面、固固界面五种。习惯上将气相与液相、固相的界面称为表面，如固体表面、液体表面。其他的称为界面。界面化学是研究物质在多相体系中表面的特征和表面发生的物理和化学过程及其规律的科学。这就是说界面化学研究内容不仅仅局限于化学过程和规律，对界面体系特征和物理过程和规律也进行研究。

界面化学是研究胶体分散体系和界面现象的一门科学，与能源、材料、生物、化学制造和环境科学有着密切的关系，并渗透到国民经济的各个主要领域中。所涉及到其中的一些重大科学问题，如土壤改良、功能与复合材料、三次采油、浆体的管道运输、人造血浆、药物缓释与定向、摩擦与润滑和油漆涂料等，与国家安全、能源开发、环境保护和人民生活等方面密切相关，因此在社会与经济可持续发展中具有重要的地位。界面化学与人们日常生活和工农业生产密不可分。像明矾净水、肥皂去污、人工降雨、原油去水……都是界面化学的研究内容。

我国的界面化学的发展基本上是从解放后开始的，著名的化学家傅鹰院士是我国界面化学的主要奠基人，其对吸附理论的研究在国际上达到了很高的水平，推动了全国界面化学的发展。其后，赵国玺在表面活性剂物理化学基础研究和实际应用上，特别是在混合表面活性剂体系的研究中做出了突出贡献。顾惕人在表面活性剂界面吸附和表面膜方面，周祖康在表面活性剂胶束形成、转变及胶体体系流变学性质方面，马季铭在分散体系的流变学性质以及基于有序分子组合体模板的生物矿化材料的制备方面，杨孔章在功能性L-B 膜的制备与应用方面，陈宗淇在分散体系的流变性及胶体的稳定性方面，王果庭在分散体系稳定性与油田化学品方面，李干佐在将表面活性剂应用于三次采油、油田开发方面，陈邦林在界面化学吸附及其在河口化学理论方面均做出了突出贡献。

改革开放以来，特别是自1982 年以来的30 年，我国胶体与界面化学学科得到了长足发展，近10 年发展尤为迅猛。30 年来我国界面化学处于蓬勃发展的阶段。大批青年学者

加入到胶体与界面化学的科学与技术研究队伍中，一批界面化学学者在国际上已经具有影响，进入本领域权威期刊，如《Adv．Colloid Interface Sci．》、《Curr．Opin．Colloid Interface Sci．》、《ACS Appl．Mater．＆Interfaces》、《Soft Matter》、《Langmuir》、《J．Colloid Int erface Sci．》等的编辑和顾问编委的中国学者也在不断增多，表明了中国界面化学研究的进步和提高。研究论文的数量，特别是论文的水平均有很大提高，一批研究突破已经引起国际同行的密切关注并认可。2006 年10 月15 至20 日，第12届国际界面与胶体科学大会

在北京国际会议中心隆重举行。本次会议充分代表了国际胶体与界面化学学科的研究水平，展示了各国学者的研究成果和最新进展，也是对中国界面科学家研究水平重视和承认的例证。

近年来，由于功能材料、仿生学和生物医药等学科的迅速发展，要求在纳米尺寸的范围内进行分子组装和材料的排列，制备具有各种功能与结构的有序分子组合体和进行仿生合成，特别是与生命现象有关的超分子组装、新型表面活性剂有序聚集体的构建和分子间相互作用的研究方兴未艾。在这些领域，我国胶体与界面化学科学家均做出了一些突出的成绩。特别是在表面活性剂领域我国的学者们做出了卓越的贡献。

1.表面活性剂

1.1概述

表面活性剂工业是本世纪３０年代发展起来的一门新型化学工业。素有“工业味精”的美称，发达国家表面活性剂的产量逐年迅速增长，已成为国民经济的基础工业之一。美国是生产表面活性剂产量最大的国家。其品种约有１０００种以上，日本表面活性剂的产量居世界第二位。我国表面活性剂工业的真正发展是从５０年代末６０年代初合成洗涤剂开始的。发展速度与品种较发达国家相差甚大。１９９０年我国表面活性剂约２９０种，产量约31. 8万吨,目前的主要产品为阴离子和非离子型。

表面活性剂工业正处于发展阶段。随着世界经济的发展以及科学技术领域的开拓,表面活性剂的发展更为迅猛。其应用领域从日用化学工业发展到石油、纺织、食品、农业、环境以及新型材料等方面,年产量以4%～5%的速度增长，1995年的产量已达900万吨，品种一万种以上，市场营销额为100亿美元，从而大大推动和促进了表面活性剂学科的发展。

表面活性剂（surfactant），是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。表面活性剂一词来自英语surfactant。它实际上是短语su rface active agent的缩合词。它还有一个名字叫做tenside。凡加入少量而能显著降低液体表面张力的物质，统称为表面活性剂。它们的表面活性是对某特定的液体而言的，在通常情况下则指水。它是一大类有机化合物，他们的性质极具特色，应用极为灵活、广泛，有很大的实用价值和理论意义。英国著名界面化学家Ckint说：“冰淇淋是我们最爱的食物；有了洗涤剂我们的生活才如此美好。若没有表面活性剂，这两样东西都不会有。这真是太可悲了。”

1.2机理介绍

表面活性剂一端是非极性的碳氢链（烃基），与水的亲和力极小，常称疏水基；另一端则是极性基团（如—OH、—COOH、—NH2、—SO3H等），与水有很大的亲和力，故称亲水基，总称“双亲分子”（亲油亲水分子）。为了达到稳定, 表面活性剂溶于水时，可以采取两种方式：在液面形成单分子膜。将亲水基留在水中而将疏水基伸向空气，以减小排斥。而疏水基与水分子间的斥力相当于使表面的水分子受到一个向外的推力，抵消表面水分子原来受到的向内的拉力，亦即使水的表面张力降低。这就是表面活性剂的发泡、乳化和湿润作用的基本原理。在油-水系统中，表面活性剂分子会被吸附在油-水两相的界面上，而将极性基团插入水中，非极性部分则进入油中，在界面定向排列。这在油-水相之间产生拉力，使油-水的界面张力降低。这一性质对表面活性剂的广泛应用有重要的影响。形成“胶束”。胶束可为球