【管理资料】材料表界面-复习课汇编
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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？
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
= N / m 表面张力
ห้องสมุดไป่ตู้
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。
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。
液滴
凸液面使得蒸气压增
蒸气
凸液面 r>0, Pr>P0
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。
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
kelvin公式：
RTlnP P (0)2RV2M 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。
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
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 > H2O > 苯
金属键 离子键 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
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 表面张力与温度的关系 2 表面形态对表面张力的影响 3 表面张力与相对分子质量的关系 4 表面张力与分子结构的关系 5 表面张力与内聚能密度 6 共聚和共混对表面张力的影响 7 固体聚合物表面张力的测定方法
2. Kelvin公式的应用
P 2V 2M
RTln( )
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
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。 RTlnP P (0)2RV2M r
2. Kelvin公式
弯曲表面上的蒸汽压
RTlnP ( )2V2M 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。
2. Kelvin公式
弯曲表面上的蒸汽压
RTlnP ( )2V2M P0 R r
涉及计算时特别注意： 液滴：凸面，r>0。 气泡：凹面，r<0。
1. Laplace方程
p 2 / r (2-15)
涉及的计算： 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
毛 细 管 法
大 气 泡 压 力
滴吊吊 重环板 法法法
法
1. Laplace方程的应用
毛细管法 p '
p0
M H 2O
p ''
N Hg
浸 象润,叫液做体毛在细细现管象里.能升够高产的毛生现明细象显管和毛不现细浸现象润象液的体管在叫细做管毛里细降管低. 的现
材料表界面-复习课
材料表界面课程主要内容
材料表界面
一、绪论
二、液体界面
三、固体表面 四、固液界面
表界面基础知识
五、表面活性剂
六、高分子材料的表面张力
七、聚合物的表面改性
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
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。
1. Laplace方程的应用
毛细管法
r r
h
由Laplace方程可得：
Δp=2σ/r (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
g h = 2 /r (2
1. Laplace方程的应用
毛细管法
r r
h
g h = 2 /r (2 -2 0
涉及到的计算： 知道毛细管液面高度，求 表面张力。
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
ps
A
B
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。
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
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： 表面自由能 J / m2 = Nm /m2
为什么要学习材料表界面？
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
= N / m 表面张力
ห้องสมุดไป่ตู้
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。
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。
液滴
凸液面使得蒸气压增
蒸气
凸液面 r>0, Pr>P0
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。
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
kelvin公式：
RTlnP P (0)2RV2M 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。
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
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 > H2O > 苯
金属键 离子键 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
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 表面张力与温度的关系 2 表面形态对表面张力的影响 3 表面张力与相对分子质量的关系 4 表面张力与分子结构的关系 5 表面张力与内聚能密度 6 共聚和共混对表面张力的影响 7 固体聚合物表面张力的测定方法
2. Kelvin公式的应用
P 2V 2M
RTln( )
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
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。 RTlnP P (0)2RV2M r
2. Kelvin公式
弯曲表面上的蒸汽压
RTlnP ( )2V2M 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。
2. Kelvin公式
弯曲表面上的蒸汽压
RTlnP ( )2V2M P0 R r
涉及计算时特别注意： 液滴：凸面，r>0。 气泡：凹面，r<0。
1. Laplace方程
p 2 / r (2-15)
涉及的计算： 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
毛 细 管 法
大 气 泡 压 力
滴吊吊 重环板 法法法
法
1. Laplace方程的应用
毛细管法 p '
p0
M H 2O
p ''
N Hg
浸 象润,叫液做体毛在细细现管象里.能升够高产的毛生现明细象显管和毛不现细浸现象润象液的体管在叫细做管毛里细降管低. 的现
材料表界面-复习课
材料表界面课程主要内容
材料表界面
一、绪论
二、液体界面
三、固体表面 四、固液界面
表界面基础知识
五、表面活性剂
六、高分子材料的表面张力
七、聚合物的表面改性
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
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。
1. Laplace方程的应用
毛细管法
r r
h
由Laplace方程可得：
Δp=2σ/r (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
g h = 2 /r (2
1. Laplace方程的应用
毛细管法
r r
h
g h = 2 /r (2 -2 0
涉及到的计算： 知道毛细管液面高度，求 表面张力。
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
ps
A
B
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。
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
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： 表面自由能 J / m2 = Nm /m2