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1、2011年度软物理论文表面活性剂的铺展过程院－系：理学院物理系专业：物理学年级：2008级学生姓名：段石堂学号：200802050131时间：2011年6月4日摘要:表面活性剂通过改变物系的界面状态进而改变其铺展、润湿及去湿等过程,活性剂溶液的铺展过程呈现出复杂的指进现象,并受多种因素的影响。从表面活性剂引起Marangoni效应、对可深入研究的方向进行了展望。关键词：分子结构、铺展、Marangoni效应引言表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；分子的另一端为极性亲水的
2、亲水基，有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”（amphiphilicstructure），表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”表面活性剂是一类即使在浓度很低时也能显著降低溶液表(界)面张力的物质,当含有活性剂的液滴或溶液放置在固体表面或预置液膜表面上,液滴或溶液将出现铺展(润湿)或憎水(去湿)现象
3、。表面活性剂通过改变物系的界面状态进而影响铺展、润湿及黏附等过程,该过程广泛应用于食品、石油化工、医药和生物领域。如乳状液在食品制备的应用,固体泡沫的加工、印染、电镀、胶片生产中的涂层,农药的自然乳化,热张力成像的（thermote—nsiography)过程以及医学领域用于治新生儿呼吸窘迫综合症的活表面活性剂是一类即使在浓度很低时也能显著降低溶液表(界)面张力的物质,当含有活性剂的液滴或溶液放置在固体表面或预置液膜表面上,液滴或溶液将出现铺展(润湿)或憎水(去湿)现象。表面活性剂通过改变物系的界面状态进而影响铺展、润
4、湿及黏附等过程,该过程广泛应用于食品、石油化工、医药和生物领域。如乳状液在食品制备的应用,固体泡沫的加工、印染、电镀、胶片生产中的涂层,农药的自然乳化,热张力成像(thermotensiography)过程以及医学领域用于治疗新生儿呼吸窘迫综合症的活性剂替代疗法表面活性剂之所以能得到广泛应用是因为表面活性剂能够吸附在各种表面上,在大量的溶液中缔合并且形成胶束结构,表面活性剂的作用来自于它们在不同界面处的吸附以及由此带来的界面张力的改变。形成胶束是表面活性剂的重要性质之一,也是产生增溶、乳化、洗涤、分散和絮凝等作用的根本
5、原因。向原溶液中添加表面活性剂可有效降低原液体的表面张力,改变其润湿特性。表面活性剂的这种独特性质在油井作业中的多孔岩石残油回收中起到关键作用。目前,在表面活性剂技术的最新进展中,提出了一种具有特殊性质和有助于在油田中应用的新型表面活性剂,该表面活性剂具有形成粘弹性体系的能力,能够用这种粘弹性体系增加处理液的粘度,而不造成地层损害。活性剂溶液的铺展过程可分为在固体表面或在另一种液体表面上的铺展。其中,在固体表面的铺展实质上是活性剂溶液在固体表面形成一层液体薄膜的过程,是以液/固界面代替气/固界面同时液体表面进行展开的过
6、程;而在另一种液体表面的铺展是指一种液体在第二种液体上展开,使后者原有的气/液界面被两者间的液/液界面取代的过程。铺展过程研究表明,在液/固、液/液铺展前缘呈现出复杂的指进现象(fingering),即液膜前缘表现为大量的分岔特征,如图1所示。指进现象表明了铺展过程在时空方向上的复杂性,而且实验和理论研究均已证明该铺展过程具有强烈的非线性特征。这种复杂性不仅与和活性剂本身的性质,诸如活性剂种类、可溶性或非溶性、亲水性或疏水性、表面电荷大小和边界条件有关,而且与活性剂浓度的关系也非常密切尤其当活性剂浓度超过其临界胶束浓度
7、(criticalmielc—leconcentration,简称CMC)时,此时,活性剂溶液中的多个单分子(monomer)将在溶液内部和界面上缔合成胶束(micelle),使其浓度在内部和表面上的分布更加复杂,并对其铺展历程产生不同程度的影响。因此,深入研究活性剂溶液的铺展现象以及不同因素的影响规律就显得尤为重要。对于铺展过程的研究,目前主要从铺展过程中的Marangoni效应、实验现象及特征、铺展液膜间的分离压效应、铺展理论模型建立及特征量演化方程等多个方面进行了大量而深入的分析,下面主要从Marangoni效应
8、进行阐述。1．铺展过程中的Marangoni效应液膜或液滴的铺展过程属于自由表面的润滑流动过程,其特点是雷诺数低,表面积与其体积相比非常大,这使得在气液界面上表面张力的作用非常重要。如果界面上存在表面张力梯度,会产生剪切力使液体从表面张力低的区域流动到表面张力高的区域,即Marangoni效应。Marangoni效应常常强烈地影响
