材料表界面华东理工大学
材料表界面(华东理工大学)-7
由于：
W c 1 2 W c 2 2
1 2
可整理得到：
12 1 2 -2 ( 1 2 )
1/2
(6 -3 2 )
分子间的相互作用参数很难确定，分子结构理论指出，φ 可用分子结构参数表示为:
= V A
(6 -3 3 )
V：相互作用单元的摩尔体积
其中
● Lieng-Huang Lee对高聚物提出如下关系式：
c
0 .4 3
K V
0 .1 4
(6 -2 4 )
K为常数，对液体和类似液体高聚物为0.24，φ为分子相 互作用参数。 ● Wu利用Small色散力，提出了如下的经验公式：
c 0 .3 2 7[( F ) s / n s ]
(
G gr A
2
) T , P g r＝ 0
(6-12)
g r ( )P 0 AT T P T P G gr
σg：玻璃态的表面张力； σr：：橡胶态的表面张力， 在玻璃化转变中，表面张力不发生突变。
● Macleod方程：
0
ρ为密度，n为常数
ห้องสมุดไป่ตู้
n
log n log A
0
n
微分
d dT
1 V
n 0
n 1
d
n 0 d
n
dT
1 V
dT
(V / T ) p
d T
n
(6-6)
α为等压热膨胀系数
6.2 相变对表面张力的影响
A：表面积 因此，在晶体熔化过程中，σ c≠σ m，表面张力要发生突变。
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。
材料表面1-2013
本课程的地位、作用及要求 地位：重要的专业基础课 作用与要求: 了解与熟悉表面界面的结构特征;
掌握表面界面现象的一般规律; 理解并熟悉复合材料表面及界面性能特点； 了解有关表面涂层与改性的方法。
11
本课程的内容
绪论
材料的表面与界面定义与分类；表面与界面的重要性； 本课程的主要内容与要求。
一个薄层，对材料性 能有重要影响； 多数情况下可视为忽 略厚度的二维平面；
5
表面的能量状态
Since it requires energy to terminate the bonding, the surface is energetically less stable than the bulk.
表面与界面
Surface and Interface
周新贵，余金山
Email: zhouxingui@ jjss_y@ 国防科技大学航天科学与工程学院CFC重点实验室
1
绪 论
表面与界面基本定义 表面的能量状态 材料表面与界面的重要性
本课程的地位、作用及要求
This energy is known as the surface free energy. In the case of liquid interfaces, this energy is called surface tension.
6
表面自由能
如果要扩大表面就要把内层分子移到表面上来，这就要 与分子的引力相对抗而消耗一定量的功。在等温等压组成不 变的可逆条件下，当增加的表面积为dA时，环境对体系作的 功，称为表面功。
也可理解为系统增加单位面积所需做的功，单位 是J/m2，所以也称为表面自由能。
“材料表面与界面”课程思政教学初步探索
堂上通过 PPT 向学生展示我国 在 航 天 领 域 的 成 就,增
强民族自信,增进爱国情怀。另外,还可以通过 向 学 生
生认真操作,仔 细 观 察 实 验 现 象,如 实 记 录 实 验 结 果,
介绍中外界面科学的研究成果,培养学生的国际 视 野,
以培养“一丝不苟”的科学精神。
引导学生树立 正 确 的 世 界 观、人 生 观、价 值 观,培 养 学
德育培养
思考
可持续发展观
图 1 思政内容融入课程实验模式示意图
课程实验 是 材 料 表 面 与 界 面 课 程 的 重 要 组 成 部
分,对学生的实 践 创 新 能 力 及 思 政 素 质 的 培 养 尤 为 重
知识掌握
预习报告
实验报告
思政感悟
3 科技前沿和课程思政的融合
材料 表 面 与 界 面 是 一 门 应 用 型 学 科,因 此 科 研 成
生对实验课的思政感悟,引入“诚信意识和科学精神”,
展为主线,将表 面 化 学 原 本 相 对 独 立 的 知 识 点 合 理 串
实验考核环节,通 过 批 阅 预 习 报 告 和 实 验 报 告 以 及 学
从而实现知识传授和德育培养双重目标。
2
.1 实验准备环节中的思政教育
在实验准备环节中,教师要求学生提前预 习 实 验,
实验准备
理吸附和化学吸 附 的 区 别,同 时 具 体 分 析 固 气 吸 附 关
融合
课程实验 1
课程实验 2
指导
科学精神
创新思维
系曲线,再继续扩展到应用领域,学习催化材料的吸 附
行为以及孔结 构 的 分 析 技 术 方 习
思政主题引入
价值引领
金属基复合材料界面
华东理工大学2012－2013学年第二学期《金属基复合材料》课程论文2013.6班级复材101 学号10103638 温乐斐开课学院材料学院任课教师麒成绩浅谈金属基复合材料界面特点、形成原理及控制方法摘要金属基复合材料都要在基体合金熔点附近的高温下制备，在制备过程中纤维、晶须、颗粒等增强体与基体将发生程度不同的相互作用和界面反应，形成各种结构的界面。
界面结构和性能对金属基复合材料的性能起着决定性作用。
深入研究和掌握界面反应和界面影响性能的规律，有效地控制界面的结构和性能，是获得高性能金属基复合材料的关键。
本文简单讨论一下金属基复合材料的界面反应、界面对性能的影响以及控制界面反应和优化界面结构的有效途径等问题。
前言由高性能纤维、晶须、颗粒与金属组成的金属基复合材料具有高比强度、高比模量、低热膨胀、耐热耐磨、导电导热等优异的综合性能有广阔的应用前景，是一类正在发展的重要高技术新材料。
随着金属基复合材料要求的使用性能和制备技术的发展，界面问题仍然是金属基复合材料研究发展中的重要研究方向。
特别是界面精细结构及性质、界面优化设计、界面反应的控制以及界面对性能的影响规律等，尚需结合材料类型、使用性能要求深入研究。
金属基复合材料的基体一般是金属、合金和金属间化合物，其既含有不同化学性质的组成元素和不同的相，同时又具有较高的熔化温度。
因此，此种复合材料的制备需在接近或超过金属基体熔点的高温下进行。
金属基体与增强体在高温复合时易发生不同程度的界面反应；金属基体在冷凝、凝固、热处理过程中还会发生元素偏聚、扩散、固溶、相变等。
这些均使金属基复合材料界面区的结构十分复杂，界面区的结构及组成明显不同于基体和增强体，其受到金属基体成分、增强体类型、复合上艺参数等多种因素的影响。
在金属基复合材料界上出现材料物理性质（如弹性模量、线胀系数、热导率、热力学参数）和化学性质等的不连续性，使增强体与基体金属形成了热力学不平衡的体系。
胶体界面化学(华东理工大学)-3
表面与胶体化学
课程
σ = [( 207.1)(1.035 × 10−2 )] = 21.10dyn/cm 21.10 − 21.36 Error = × 100 = −1.2% 21.36
4
ρ (g) ≈ 0 [ P] = [− CH 3 ] + [− CH(CH 3 ) − ] + [− COOH ] = 133.3 + 73.8 = 207.1
σm x = 1 − 0.411 × log1 + σW a
戎
EDR C pVm
宗
Schowhorn 1967
明
B σ = A exp − (ηL − ηV )
EDR 则 σ = A′ exp C pVm (η Lm − ηVm )
Riedal 参数 αc 可采用 Miller 的关联式
T ln( pc / 1.01325) α c = 0.90761 + br 1 − Tbr
注 此式中压力单位 故
bar 1 bar = 105 Pa =0.986923atm
版
(1955).
权
可得到一系列热力学图表
所
有
σ = pc2 / 3Tc1 / 3Q (1 − Tr )11 / 9
a×104 8.5 8.5 3.1 19 1.7 0.034 0.0025
对应状态原理的计算公式
对应状态原理最早由 Van der Waals 1883 根据著名的 van der Waals 方程提出 1939 年 Pitzer 对其作了统计解释 对应状态原理不仅可以计算压缩因子 等温焓差 等温熵差和液体粘度等性质 同样也可 用以计算液体的表面张力 对比参数 将 van der Waals 方程应用于临界点 可得 van der Waals 参数与临界参数间的关系
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(华东理工大学)-4
V2 = k2θ
在等温下达到平衡时有
V1= V2
k1 p
即
k1 P (1-θ) =k2θ
k 2 k1 p
令
b
k1 k2
Langmuir吸附等温式
Langmuir吸附公式： =
bp 1+ bp
（1）低压或吸附很弱时，bp《1,则 θ=bp,即θ与p成直线关系，符合 Herry定律； （2）高压或吸附很强时，bp》1,
V1 k 1 p (1 )
2
脱附时两个离子都可以脱附，解吸速度为：
V 2 k 2
平衡时V1=V2，所以
1
2
1
1
b2 p2
Langmuir吸附等温式
1
1
即
b2 p2
1 1
(3 -1 4 )
1 b2 p2
式中b=k1/k2,低压下，b1/2p1/2《1,
上式简化为：
3.3.3 BET多分子层吸附理论
第一类曲线： Langmuir型，可用单分子 层吸附来解释。如上所述， BET公式中n=1即成为 Langmuir公式。
（1）当Q1》Qn时，单分子层的吸附作用力很大，表面吸附位的 反应活性高，吸附大多不可逆，被认为是化学吸附。如金属与 氧气、氢气或一氧化碳的表面反应体系。 （2）当固体具有超微孔和极微孔时，外表面积比孔内表面积小很 多。微孔的吸附势很大，在低压区，吸附曲线就迅速上升，发 生微孔吸附，在平坦区，发生外表面吸附。
1szyszkowski公式110???acabdcd??1?ln00?????acb???11012????????acabrtccrtct?111??acacacrtb0????2szyszkowski公式cbaln???bcdd??lnrtbcrtt?????????ln10bb???ttcrtcrtcln112???????????bcrt????ln12?cbaln???szyszkowski公式rtrtb???????12rtb????0bb???33333固固气表面吸附气表面吸附331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即
《粉体材料表面改性》课程教学大纲
《粉体材料表面改性》课程教学大纲课程代码：050542002课程英文名称：SurfaceModificationofpowder（A2）课程总学时：24讲课：24实验：0上机：0适用专业：粉体科学与工程专业大纲编写（修订）时间：2017.3一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标粉体表面改性是粉体科学与工程专业方向课，为选修课。
本门课程讲授粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、各行业典型粉体及纳米粉体饿表面改性方法、实践及改性产品的检测及表征方法。
通过本课程的学习，不仅让学生掌握粉体表面改性的相关理论，同时培养学生发现、分析与解决问题的能力和精密进行科学研究的技能。
为学生将来从事粉末材料、粉体工程领域的生产、科研打下坚实的理论和实践基础。
通过本课程的学习，学生将达到以下要求：1．掌握粉体材料表面改性工艺的方法和原理；2．使学生掌握目前工业表面改性典型设备；3．使学生了解表面改性剂的种类、性质、使用条件；4．掌握粉体改性前后的物性变化及相关的检测方法；5.进一步结合创新创业培养目标，加强学生创新能力的培养，使学生具备独立进行粉体表面原位修饰工艺设计与设备选型的能力。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识：掌握粉体表面改性一般知识，包括粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、改性产品的检测及表征方法等。
2.基本理论和方法：掌握粉体表面的物性，粉体表面改性的基本原理、掌握粉体表面改性工艺设计和设备；了解常见工业粉体的表面改性方法及应用。
3.基本技能:掌握粉体改性工艺设计计算、独立进行设备选型的技能等。
了解特种粉体的生产工艺、制备技术及行业发展趋势。
具备制备、加工特种粉体的必要的基础知识和基本技能。
（三）实施说明本课程安排在第七学期学习，共24学时，其中理论讲课24学时。
根据教学的需要，有针对性地对教学内容适当增减，各部分学时数可适当调整2学时。
第一章 表界面基础知识
F 4 ( R' r ) 4R
经Harkins和Tordan校正
F f 4R
校正因子f 与两个无量纲量 有关，可从校正因子图查出
材料表面与界面
5、吊板法
p = W总 - W板 = 2(l + d)σ
l 和d 分别为吊板的宽度和厚度
气 相
液 相
材料表面与界面
表面张力（含义3-热力学含义)
根据热力学第一、第二定律，可以导出：
U H F G ( ) S ,V ( ) S , P ( )V ,T ( ) P ,T A A A A
表面张力为各种特定条件下，改变单位面积所引起的内能 U、焓H、自由能F、自由焓G的变化值，由于经常在恒温 恒压下研究表面能，故下式较常用
G A P,T
(1-3)
材料表面与界面
表面张力（含义3-热力学含义)
令GS为比表面自由焓，A为总表面积，则总表面自由焓为
G G A
S
代入式（1-3）得：
S G G S A( ) P ,T A
纯液体分子是可流动的， 表面改变并不引起表面结 构分子间平均距离及排列 情况变化，故：
材料表面与界面
理解
式(1-2)才是laplace方程的一般形式，是表面化学 的基本定律之一 当两个曲率半径相等时，R1=R2= r时，曲面成为 球面，式(1-2) 变成(1-1) 对于平液面，两个曲率半径均为无限大， Δp=0表 示跨过液面不存在压差
材料表面与界面
1.3 液体表面张力的测试
材料表面与界面
理解表明能
表面能是创造பைடு நூலகம்质表面时对破坏分子间化学键的度量。在 固体物理理论中，表面原子比物质内部的原子具有更多的 能量，因此，根据能量最低原理，原子会自发的趋于物质 内部而不是表面 表面能的另一种定义是，材料表面相对于材料内部所多出 的能量。把一个固体材料分解成小块需要破坏它内部的化 学键，所以需要消耗能量。如果这个分解的过程是可逆的 ，那么把材料分解成小块所需要的能量与小块材料表面所 增加的能量相等，即表面能增加 也可以这样理解，由于表面层原子朝向外面的键能没有得 到补偿，使得表面质点比体内质点具有额外的势能，称为 表面能
材料表界面(华东理工大学)-1
表面时内能的变化:
dU=dQR dWR
• 系统功包括膨胀功和表面功:
(2 5)
dWR pdV σdA
•由热力学第二定律，dQR=TdS，得：
dU TdS PdV σdA
(2 6)
2.2 表面张力的热力学定义
• 根据焓：H=U+pV,
材料表界面
危大福 管 涌 杨云霞
联系方法：
材料学院 实验一楼309室
电话：64253343
Email： dfwei@
考核方式
• 平时成绩： 30％ （包括考勤15％和课堂练习、
作业等15％）
• 期末考试： 70％
课程内容
• • • • • • • • 绪论 液体表面 固体表面 固液表面 表面活性剂 高分子材料的表面张力 聚合物的表面改性 复合材料的界面
织物软化剂
表界面现象的直接应用 天然和合成材料的纯化或改性 生理应用 润滑、粘接、泡沫、润湿和防水 三次采油、制糖、烧结 呼吸、关节润滑、液体输送中的毛 细现象、动脉硬化
1.3表界面研究的重要性
• • • •
登月计划失败例 ； MDF水泥； 复合材料偶联剂； 纳米材料；
1.3表界面研究的重要性
登月计划失败例
实验思想和方法的建立过程。利用高度受控的
系统，他成功测量了每一个反应步骤的速率和
反应动能，这些数据又被用于更有实际应用价 值的反应过程的计算。这就是埃特尔的方法学 不仅对基础研究，而且对工业模型的建立也极 为重要的原因。
1.3表界面研究的重要性
表、界面现象一览表
分类 作为表面活性剂 材料制造的产品 表、界面现象 肥皂和洗涤剂（表面活性剂） 乳化剂和稳定剂（非表面活性剂） 除草剂和杀虫剂
华东理工大学材料科学与工程学院
样品和吊蓝表面油污和手印。洗净后放入 120℃
烘箱干燥约 2 小时，取出放入干燥皿中冷却待用。
华东理工大学材料科学与工程学院
玻璃材料制备与性能测试
2.玻璃密度测定（实验步骤）
在电子天平的样品称盘上，分别称取三块试样在空 气中的重量（精确至 0.0001g ），即为试样的干重 Wa（g）。 将玻璃器皿放置在电子天平的托架上，倒入去离子 水，并插入温度计。将吊篮挂勾装在吊蓝支架上， 吊蓝浸入玻璃器皿的水浴中，并保证其悬挂稳定。 电子天平揿零，即去除吊篮浮重。将样品小心放入 吊蓝中，称取样品在水中的重量，即为试样的浮重 Ww（g）。
华东理工大学材料科学与工程学院
无机材料制备与性能测试
胡一晨 姜建华 王中俭
华东理工大学材料科学与工程学院
实验目录
玻璃材料制备与性能测试
陶瓷材料制备与性能测试
华东理工大学材料科学与工程学院
玻璃材料制备与性能测试
1.
2.
3. 4. 5. 6.
玻璃材料制备 玻璃密度测定 玻璃线膨胀系数测定 玻璃软化温度测定 玻璃析晶温度测定 玻璃折射率和色散测定
华东理工大学材料科学与工程学院
玻璃材料制备与性能测试
1.玻璃材料制备（实验步骤）
• 高温电炉耐火材料底座上均匀地铺垫上 Al2O3细颗粒粉，放 入熔石英坩埚，控制炉温达到加料温度。
• 缓慢摇下升降台，用不锈钢勺将配合料加入坩埚，一次不能 加完可采取多次加料方法，每次加料间隔约15min。
• 加料完成后，升温至澄清和均化温度，保温数小时。中间可 安排两至三次搅拌及挑料，观察玻璃液的粘度和熔制质量， 并随时调整澄清和均化的温度。 • 待玻璃完全澄清和均化，冷却至成形温度，浇铸在模具中。 • 放入退火炉中实施退火。
材料表面与界面
仔细观察液滴形成全过程就会发现，由于形成的 细长液柱在力学上不稳定，一部分半径缩小，另 一部分半径扩大，最后形成液滴落下。因此真正 落入容器的只是一部分液体。一般认为，多至40 ％重量的液滴仍与滴尖相连，当与下落部分分离 后，又缩了回去，成为下一个液滴的一部分(图17)，因此测得液滴的实际重量要比计算值小得多， 为此，Harkins引入修正系数f。
Δρgh = 2σcosθ/r
（1-20）
由式(1-18)或式(1-20)，从毛细升高或下降的高 度h，即可求出液体的表面张力。
推导过程有如下的问题。 ①对凹月面作了是球面的近似处理。事实上凹月面 不可能是一个绝对的球面，也即凹月面上每一点 的曲率半径都不一定相等。 ②只有在凹月面的最低一点毛细上升高度才是h，在 其他各点上，毛细上升高度都大于h。若令y表示 凹月面上某点离开液面的距离，则有Δp＝Δpgy。 只有在凹月面最低点上才有Δ p＝ Δ p gh，此时曲 率半径r1与r2相等
F 2L
在图1-1中，设在F力的作用下金属丝移动了dx的 距离，则所作的功为：
dW Fdx 2 L dx
dW dA dW / dA
可以看出，表面张力也可以理解为系统增加单位 面积时所需作的可逆功，单位为J／m 2，是功或 能的单位，所以也可以理解为表面自由能，简称 表面能。 单位J／m2和N／m在因次上是等效的。
第1章 表界面基础知识
材料科学、信息科学和生命科学是当前新技术革 命中的三大前沿科学，材料的表界面在材料科学 中占有重要的地位。 何谓表界面?
表界面是多相体系中相与相之间的过渡区域。 根据物质的聚集态不同，表界面通常可以分为以下五
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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• 平时成绩： 30％ （包括考勤15％和课堂练习、 作业等15％）
• 期末考试： 70％
•第1页/共56页
课程内容
• 绪论 • 液体表面 • 固体表面 • 固液表面 • 表面活性剂 • 高分子材料的表面张力 • 聚合物的表面改性 • 复合材料的界面
•第2页/共56页
绪论
• 材料科学、信息科学和生命科学是当前新技术 革命中的三大前沿科学，材料的表界面在材料 科学中有重要的地位
成化肥。奠定了现代农业的基础。哈伯获1918年诺贝尔 化学奖。
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N 2 3H 2 2NH 3
N 2 3H 2 2NH 3
氮原子还是氮分子？ （1）表面化学在哈伯－博施过程发挥了重要作用。因为这 个过程必须以精细的铁粉作为催化剂，让氮气与氢气同时 被吸附到铁粉表面，然后进行反应。 （2）早期的研究表明，氢分子在铁粉表面立即断裂，并以 氢原子的形式吸附在表面。 （3）埃特尔在增加氢气的同时测量了铁粉表面氮原子的浓 度，发现氢增加得越多，铁表面氮原子的浓度就越低，这 表明氮是以原子而不是分子的形式与氢反应。
吸附概念的另一个观点：
吸附(adsorption)是指在固相－气相、固相－液相、固 相－固相、液相－气相、液相－液相等体系中，某个 相的物质密度或溶于该相的溶质浓度在界面上发生改 变（与本体相不同）的现象。
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1.1.2 材料表面
1. 机械作用界面 切削，研磨，抛光，喷砂，磨损等 2. 化学作用界面 反应，粘接，氧化，腐蚀等 3. 固体结合界面 真空，加热，加压，界面扩散等 4. 液相或气相沉积界面 5. 凝固共生界面 6. 粉末冶金界面 热压，热锻，烧结，热喷涂等 7. 粘结界面 无机或有机粘结剂粘结两固体 8. 熔焊界面 固体表面形成熔体，凝固而成
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1.1.1 物理表面
理想表面：指除了假设确定的一套边界条件外，不发 生任何变化的表面。 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，如：驰 豫、重构、台阶化、偏析和吸附等。 吸附表面：吸附有外来原子的表面。
1.3表界面研究的重要性
表、界面现象一览表
分类
表、界面现象
作为表面活性剂
肥皂和洗涤剂（表面活性剂）
材料制造的产品
展，能谱仪的发展，表面现象向微观领域发展； 2007年，格哈德·埃特尔获诺贝尔化学奖。
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• 关于格哈德·埃特尔 ： 获奖原因：“固体表面化学过程的研究”； 氮是生命体的基本元素，存在与氨基酸 蛋白质和核酸中，空气中也富含氮气。 固氮法： 自然界固氮法：（1）闪电：10％； （2）固氮细菌：65％； 最后的25％，是合成氨的方法（哈伯－博施法）。进一步制
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1.2表界面科学发展史
1875～1878 Gibbs定律； 1913～1942 Langmuir的贡献；（获1932年诺贝尔化学奖） (蒸发、凝聚、吸附、单分子膜等表界面的研究） 20世纪40年代前 表面化学成果大量应用生产； 50年代以后，微型化、IT发展促进表面化学发展； 60年代末～，由于超高真空技术的发展，电子光学仪器的发
• 材料表界面对材料整体性能具有决定性影响， 材料的腐蚀、老化、硬化、破坏、印刷、涂膜、 粘结、复合等等，无不与材料的表界面密切有 关。
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绪论
例：国产拉丝机与国外的主要差距在于拉丝轮 的寿命：国产的为半年，国外先进的为五年。 原因：在于材料的表面处理，基体材料是一样 的。在拉丝轮的外圈，涂一层高硬度、低摩擦 系数的陶瓷涂层。国内的技术还不能达到。
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（surface)。
表界面区的结构、能量、组成等都呈现连续的梯度 变化。
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。
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表界面
（1）气-液界面
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找出最慢的一步： （1）发现氮分子分裂成氮原子这一过程限制了整个反 应过程的速度，而且，一旦两个氮原子从彼此的束缚 中解放出来，它们立刻与周围的氢原子结合生成氨。 氮分子分裂的速度大大慢于反应中的其他步骤，这意 味着后续反应都是在瞬间进行的，很难再寻找方法来 研究这些步骤。如何研究后续的反应步骤？
表界面
（2）气-固界面
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Байду номын сангаас界面
（3）液-液界面
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表界面
（4）液-固界面
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表界面
（5）固-固界面
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1.1.1 物理表面
定义：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，从一个到多个原子层不等。 在过渡区域，周期点阵遭到严重扰动，甚至完全变异。 物理界面是不同于两相的第三相。
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1.1.1 物理表面
• 驰豫：点阵常数变化，非平衡态；
• 偏析：溶液或溶质在相界、
晶界或缺陷上的聚集；
• 重构：原子重排，不同于本体内的晶面；
• 台阶化：有规律的非完全平面结构；
• 吸附：气相原子或分子在气 －固界面上的聚集。
结构变化
化学组成变化
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1.1.1 物理表面
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绪论
普通单螺杆挤出机的结构与特性示意图
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绪论
• 材料表面的结构和化学组成，与材料内部有明 显的差别；
（1）多组份材料； （2）单组份材料。
材料的制备和使用性能，会受到表面特性的强 烈影响。
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绪论
1、 表界面的定义(surface，interface， interphase, interlayer)
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埃特尔对哈伯－博施过程的研究，表明了他的 实验思想和方法的建立过程。利用高度受控的 系统，他成功测量了每一个反应步骤的速率和 反应动能，这些数据又被用于更有实际应用价 值的反应过程的计算。这就是埃特尔的方法学 不仅对基础研究，而且对工业模型的建立也极 为重要的原因。
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