材料表界面_复习课
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各种材料的性能和制造过程：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。
材料表界面对材料整体性能具有决定性影响。
材料表界面的基本性能
表面张力与表面Gibbs自由能
不同点：物理概念、意义不同： 表面张力（通常）指纯物质的表面层分子间实际存在 着的（收缩）张力。单位：N / m。 表面自由能表示形成单位新表面使体系自由能的增加， 可表示为：J/m2
2. Kelvin公式
弯曲表面上的蒸汽压
P 2V 2M RT ln( ) P0 R r
涉及计算时特别注意： 液滴：凸面，r>0。 气泡：凹面，r<0。
2. Kelvin公式的应用
P 2V 2M RT ln( ) P0 R r
应用Kelvin公式可以解释一些现象： • 1、过饱和蒸气，人工降雨 • 2、过热液体 • 3、过饱和溶液
1. Laplace方程
弯曲表面上的附加压力
附加压力的方向总是指向曲率中心。
ps ps
1. Laplace方程
p 2 / r
(2-15)
（1）凸液面，液滴的曲率半径r为正，△P为正，附加压力 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。
材料表界面的基本性能
表面张力与表面Gibbs自由能
相同点： σ 既可表示表面自由能又可表示表面张力，两者量纲 相同，数值相等：
Biblioteka Baidu
表面自由能 J / m2 = Nm /m2
= N / m 表面张力
材料表界面的基本性能
表面张力
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。 把作用于单位边界线上的 这种力称为表面张力，用 σ 表示，单位是N· m-1。
2. Kelvin公式的应用
1. 过饱和蒸汽
当空气中的水蒸气凝结时，首先形成非常小的液核，在液核存在 的基础上继而长大形成大的液滴，从而发生水蒸气的凝结。根据 P 2V 2M kelvin公式： RT ln( ) P0 R r
材料表界面的基本性能
表面张力
影响表面张力的因素： 2. 温度的影响 随温度升高，分子间的距离增大，分子间的相互作用力 减弱，表面张力就会下降。当温度升高到临界温度时， 液体与气体的界面消失，表面张力趋于零。
材料表界面的基本性能
表面张力
第六章 高分子材料的表面张力 1 2 3 4 5 6 7 表面张力与温度的关系 表面形态对表面张力的影响 表面张力与相对分子质量的关系 表面张力与分子结构的关系 表面张力与内聚能密度 共聚和共混对表面张力的影响 固体聚合物表面张力的测定方法
材料表界面的四大定理？
1. Laplace方程
2. Kelvin公式 3. Gibbs 吸附等温式 4. Young方程
1. Laplace方程
弯曲表面上的附加压力 A B ps A B
ps
由于液面是弯曲的，沿AB的周界上的表面张力不能抵 消，作用于边界的力有一指向曲率中心的合力。所有 的点产生的合力和为 Ps ，称为附加压力。
表面张力
影响表面张力的因素： 1. 分子间力的影响 表面张力与物质的本性和所接触相的性质有关。液体或 者固体中的分子间的相互作用力或化学键力越大，表面 张力越大。
Hg > NaCl
金属键
离子键
>
H 2O
>
苯
极性共价键及氢键 非极性共价键
材料表界面的基本性能
表面张力
影响表面张力的因素： 1. 分子间力的影响
考 核 方 式
• 平时成绩： 20％ （包括考勤10％和课堂 练习、作业等10％） • 期末考试： 80％ （选择，判断，填空， 简答，计算）
材料表界面课程主要内容
一、绪论
二、液体界面 三、固体表面 四、固液界面 五、表面活性剂
表界面基础知识
六、高分子材料的表面张力
七、聚合物的表面改性
材料表界面
八、金属材料的表面 九、无机非金属材料的表界面 十、复合材料的界面
浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现 毛细管现象 象,叫做毛细现象.能够产生明显毛细现象的管叫做毛细管 .
1. Laplace方程的应用
毛细管法
r
r
由Laplace方程可得：
Δp=2σ/r
h
(2-19)
若定义h为凹月面底部距平 液面的高度，则压差Δp应 等于毛细管内液柱的静压 强，即
1. Laplace方程
p 2 / r
涉及的计算：
(2-15)
知道内外压差，液体表面张力，计算液珠直径。
1. Laplace方程的应用
液体表面张力测定
最 大 气 泡 压 力 法
毛 细 管 法
滴 重 法
吊 环 法
吊 板 法
1. Laplace方程的应用
毛细管法
M
p'
p0
p''
N
H 2O
Hg
gh=2 /r
(2
1. Laplace方程的应用
毛细管法
r
r
gh=2 /r
h 涉及到的计算：
(2-20
知道毛细管液面高度，求 表面张力。
2. Kelvin公式
弯曲表面上的蒸汽压
P 2V 2M RT ln( ) 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。
什么是表界面？
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。
为什么要学习材料表界面？
2. Kelvin公式的应用
1. 过饱和蒸汽
按照相平衡条件应当凝结而未凝结的蒸汽。
P 2V 2M RT ln( ) P0 R r
液滴 蒸气 r>0, Pr>P0 凸液面
凸液面使得蒸气压增 大，因此液滴极难产 生和存在。
当蒸汽中有灰尘存在或容器的内表面粗糙时，这些物质可以作为蒸汽凝结中心， 使液核易于生成及长大，在蒸汽的过饱和程度较小的情况下，蒸汽就开始凝结。
材料表界面的基本性能
表面张力
表面张力的本质： 分子间相互作用力 表面张力产生的根本原因：分子间相互作用力的不平衡 表面张力的方向： 表面张力的方向和液面相切，如果液面是平面，表面张 力就在这个平面上。 如果液面是曲面，表面张力就在 这个曲面的切面上，并促使液体表面积缩小的方向。
材料表界面的基本性能
材料表界面对材料整体性能具有决定性影响。
材料表界面的基本性能
表面张力与表面Gibbs自由能
不同点：物理概念、意义不同： 表面张力（通常）指纯物质的表面层分子间实际存在 着的（收缩）张力。单位：N / m。 表面自由能表示形成单位新表面使体系自由能的增加， 可表示为：J/m2
2. Kelvin公式
弯曲表面上的蒸汽压
P 2V 2M RT ln( ) P0 R r
涉及计算时特别注意： 液滴：凸面，r>0。 气泡：凹面，r<0。
2. Kelvin公式的应用
P 2V 2M RT ln( ) P0 R r
应用Kelvin公式可以解释一些现象： • 1、过饱和蒸气，人工降雨 • 2、过热液体 • 3、过饱和溶液
1. Laplace方程
弯曲表面上的附加压力
附加压力的方向总是指向曲率中心。
ps ps
1. Laplace方程
p 2 / r
(2-15)
（1）凸液面，液滴的曲率半径r为正，△P为正，附加压力 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。
材料表界面的基本性能
表面张力与表面Gibbs自由能
相同点： σ 既可表示表面自由能又可表示表面张力，两者量纲 相同，数值相等：
Biblioteka Baidu
表面自由能 J / m2 = Nm /m2
= N / m 表面张力
材料表界面的基本性能
表面张力
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。 把作用于单位边界线上的 这种力称为表面张力，用 σ 表示，单位是N· m-1。
2. Kelvin公式的应用
1. 过饱和蒸汽
当空气中的水蒸气凝结时，首先形成非常小的液核，在液核存在 的基础上继而长大形成大的液滴，从而发生水蒸气的凝结。根据 P 2V 2M kelvin公式： RT ln( ) P0 R r
材料表界面的基本性能
表面张力
影响表面张力的因素： 2. 温度的影响 随温度升高，分子间的距离增大，分子间的相互作用力 减弱，表面张力就会下降。当温度升高到临界温度时， 液体与气体的界面消失，表面张力趋于零。
材料表界面的基本性能
表面张力
第六章 高分子材料的表面张力 1 2 3 4 5 6 7 表面张力与温度的关系 表面形态对表面张力的影响 表面张力与相对分子质量的关系 表面张力与分子结构的关系 表面张力与内聚能密度 共聚和共混对表面张力的影响 固体聚合物表面张力的测定方法
材料表界面的四大定理？
1. Laplace方程
2. Kelvin公式 3. Gibbs 吸附等温式 4. Young方程
1. Laplace方程
弯曲表面上的附加压力 A B ps A B
ps
由于液面是弯曲的，沿AB的周界上的表面张力不能抵 消，作用于边界的力有一指向曲率中心的合力。所有 的点产生的合力和为 Ps ，称为附加压力。
表面张力
影响表面张力的因素： 1. 分子间力的影响 表面张力与物质的本性和所接触相的性质有关。液体或 者固体中的分子间的相互作用力或化学键力越大，表面 张力越大。
Hg > NaCl
金属键
离子键
>
H 2O
>
苯
极性共价键及氢键 非极性共价键
材料表界面的基本性能
表面张力
影响表面张力的因素： 1. 分子间力的影响
考 核 方 式
• 平时成绩： 20％ （包括考勤10％和课堂 练习、作业等10％） • 期末考试： 80％ （选择，判断，填空， 简答，计算）
材料表界面课程主要内容
一、绪论
二、液体界面 三、固体表面 四、固液界面 五、表面活性剂
表界面基础知识
六、高分子材料的表面张力
七、聚合物的表面改性
材料表界面
八、金属材料的表面 九、无机非金属材料的表界面 十、复合材料的界面
浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现 毛细管现象 象,叫做毛细现象.能够产生明显毛细现象的管叫做毛细管 .
1. Laplace方程的应用
毛细管法
r
r
由Laplace方程可得：
Δp=2σ/r
h
(2-19)
若定义h为凹月面底部距平 液面的高度，则压差Δp应 等于毛细管内液柱的静压 强，即
1. Laplace方程
p 2 / r
涉及的计算：
(2-15)
知道内外压差，液体表面张力，计算液珠直径。
1. Laplace方程的应用
液体表面张力测定
最 大 气 泡 压 力 法
毛 细 管 法
滴 重 法
吊 环 法
吊 板 法
1. Laplace方程的应用
毛细管法
M
p'
p0
p''
N
H 2O
Hg
gh=2 /r
(2
1. Laplace方程的应用
毛细管法
r
r
gh=2 /r
h 涉及到的计算：
(2-20
知道毛细管液面高度，求 表面张力。
2. Kelvin公式
弯曲表面上的蒸汽压
P 2V 2M RT ln( ) 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。
什么是表界面？
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。
为什么要学习材料表界面？
2. Kelvin公式的应用
1. 过饱和蒸汽
按照相平衡条件应当凝结而未凝结的蒸汽。
P 2V 2M RT ln( ) P0 R r
液滴 蒸气 r>0, Pr>P0 凸液面
凸液面使得蒸气压增 大，因此液滴极难产 生和存在。
当蒸汽中有灰尘存在或容器的内表面粗糙时，这些物质可以作为蒸汽凝结中心， 使液核易于生成及长大，在蒸汽的过饱和程度较小的情况下，蒸汽就开始凝结。
材料表界面的基本性能
表面张力
表面张力的本质： 分子间相互作用力 表面张力产生的根本原因：分子间相互作用力的不平衡 表面张力的方向： 表面张力的方向和液面相切，如果液面是平面，表面张 力就在这个平面上。 如果液面是曲面，表面张力就在 这个曲面的切面上，并促使液体表面积缩小的方向。
材料表界面的基本性能