表面与界面习题

Chapter 1

1、表面与界面的定义。

1)表面：固体与真空的界面；

2)界面：相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。

2、叙述表面与本体的不同点。

表面与本体：结构、化学组成、性质都存在不同。

材料与外界的相互作用是通过表面来进行的。因此，表面具有特殊性，它的性质将直接影响材料的整体性质。材料的性质虽然与组成的本体有关，但其表面对性能的影响却占很大的比重。因为，不少性能是通过表面来实现的，如表面硬度、表面电导，同时，材料某些性能将通过表面受到外界环境的影响。

3、什么叫相界面？有哪几类？

1)相界面：相邻相之间的交界面成为相界面。

2)分为3类：固相与固相的界面，固相与气相的界面，固相与液相的界面。

4、材料表面与界面的表征手段有哪些？

材料表面与界面的表征主要通过对比表面积、表面张力（表面能）等测定来实现

1）比表面积

a 静态吸附法（BET ）（测量准确度和精度都很好，但达到吸附平衡慢，仪器装置较复杂，需要高真空系统，并且要使用大量的汞，逐步被动态吸附法所取代）

b 动态吸附法：常压流动法，气相色谱法（操作简单而快速 ）

2）表面张力

a 高聚物熔体表面张力外推法(γ∝T 成直线关系，测定不同温度下高聚物熔体的表面张力，外推到20℃时的表面张力)

b Zisman 的浸润临界表面张力法(测定固体在已知表面张力的液体中的接触角 )

C 还有几何平均方程求解法、状态方程测求法等等

d 理论计算：等张比容法、内聚能密度法、Tg 参数计算法

5、试述表面张力产生的原因。

材料的表面结构和性质与其本体有明显的差别，这是因为位于材料本体的原子受到周围原子的相互作用是相同的，处于对称力场之中，总的作用之和等于0；而处于表面的原子只有局部受到与本体相同的相互作用，而其余的部分则完全不同,表面由此产生表面张力。

6、单位体积的物体所具有的表面积称为比表面，请得 出下列结果：

(1)半径为r 的球形颗粒，其比表面为：

(2)质量为m ，密度为ρ的球形颗粒的比表面：

(3) 边长为L 的立方体的比表面为：

(4) 质量为m ，密度为ρ的立方体的比表面为：

7.水蒸气迅速冷却至25℃会发生过饱和现象。已知25℃时水的表面张力为71.49×10－3 N/m ，当过饱和水的蒸气压为正常平衡蒸气压的4倍时，求： （1）在此过饱和情况下，开始形成液滴的半径； （2）一滴此种水滴中含有多少个水分子？

r M 2r V 2P P ln RT 0ρσ=σ=

8.在20℃下，若水的密度为ρ＝998.2kg/m3,表面张力为72.8Х10-3N/m，若水滴半径为10-6cm，求水的过饱和度。

T=293K， r=10-6cm=10-8m, R=8.314JmolK,M=18g/mol=18*10-3kg/mol

9.乙醇的表面张力符合公式σ＝72－0.5c+0.2c2,c是乙醇的浓度（mol/L），温度为25℃，计算0.5 mol/L乙醇溶液的表面超量。

10.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？

1）PPT chapter 1 P11 第一张 PPT 推到出表面张力的公式即可

2）原因

（1）对凹月面看作为球面的近似处理

（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。

11.在20 ℃时用毛细管法测定苯的表面张力，得到下列数据，求苯的表面张力。r=0.0550cm, h=1.201cm,ρ苯=0.8785g/cm3, ρ空气=0.0014g/cm3

a为毛细常数，它是液体的特性常数

12.19 ℃时丁酸水溶液的表面张力可表示为：

为纯水表面张力；a、b为常数，各为5.097×10－2 mol/L与0.180;c为浓度

求：（1）c=0.200 mol/L时的；

（2）c/a》1时的值，并计算丁酸分子所占面积

13.比较物理吸附和化学吸附的区别。

14.什么是Young方程？接触角的大小与液体对固体的润湿性好坏有怎样的关系？

15.润湿过程有哪些类型？

可分为附着润湿，铺展润湿，浸渍润湿3中类型

（三种润湿的共同点是液体将气体从固体表面排挤开，使原有的固－气或液－气界面消失，而代之以固－液界面。）

16.为什么说铺展是润湿的最高形式？

铺展张力

17.如何求润湿过程中的黏附功、浸润功、铺展系数？

18.掌握气体吸附法测定固体的比表面积的方法。（用BET 模型来测定固体的比表面积。）

Chapter 2

1、叙述高聚物的粘结及衡量粘结好坏的物理量。

1）粘结就其实质来说是一种界面现象，粘结过程是界面物理和化学发生变化的过程。高聚物的粘结行为与高聚物的表面能直接有关。

2）衡量粘结好坏的物理量为粘结强度，粘结强度与粘结界面的作用力有关。

2、简述粘结界面的三类作用力。

1）机械力：如抛锚作用和摩擦作用所产生的力

2）界面分子间作用力（范德华力）

3）化学键力：两者分子相互接近至1-3a 时，发生化学反应而形成的力。

3、简述表面状况对粘结的影响和表面改性的方法。

1）粘结强度是界面粘结好坏的量度，如果界面得到理想的粘结。那么界面粘结强度是十分可观的，事实上粘结强度只有理论值的极少一部分，这是因为：粘结过程分子间接触不良造成粘结界面上留有微孔缺陷，减少粘结界面积。并引起应力集中，促使早期破坏。另外，由于界面存在有残余热应力和收缩应力也促使粘结强度损失。

2）表面改性的方法：

化学处理法（氧化法）；

表面涂成改性法：化学涂层改性，硅烷偶联剂涂层改性；

等离子体表面改性

4、简述材料界面的粘结理论。

1）粘结键理论2）界面浸润理论 3）变形层理论 4）束缚层理论 5）可逆水解理论 6）扩散层理论7）弱边界层理论

Chapter 3

1、怎样用表面张力与温度或相对分子质量的关系间接测定 高分子材料的表面张力? 高聚物熔体表面张力外推法：

（γ∝T 成直线关系，测定不同温度下高聚物熔体的表面张力，外推到20℃时的表面张力）

2.分别用等张比容和内聚能密度法估算下列高分子化合物的表面张力。

(1)聚苯乙烯 (2)聚乙二醉(聚氧化乙烯) )

(LG SL SG SC γγγ+-=