材料表界面-1-3章.ppt

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1、1-3章第一章绪论第二章液体界面第三章固体表面第一章绪论表界面科学研究的重要性表界面科学发展历程表界面的基本概念表界面的定义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。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。物理表面理想表面清洁表面吸附表面物理表面二、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

2、面。表面上会发生与体内结构和成分不同的变化。驰豫：点阵常数变化，非平衡态；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；偏析：溶液或溶质在相界、晶界或缺陷上的聚集；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ds内部表面d0指表面层之间以及表面和体内原子层之间的垂直间距ds和体内原子层间距d0相比有所膨胀和压缩的现象。可能涉及几个原子层。d0内部表面d0指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内，但在垂直方向上的层间间距d0与体内相同。表面不是平面，由规则或不规则台阶组成。表面结构变化弛豫重构台阶化指溶液或溶质在相界、晶界或缺陷

3、上的聚集。气相原子或分子在气－固界面上的聚集。化学组成变化偏析吸附表界面通常有五类：气-液表面气-固表面液-液界面液-固界面固-固界面第二章液体表面表界面的两个最基本性能：表界面四大基本定律之中的三个。表面张力和表面自由能由于分子在体相内部与界面上所处的力场环境是不同的，产生了净吸力。而净吸力会在界面各处产生一种张力。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。表面张力也可以理解为系统增加单位面积时所需做的可逆功，单位为J/m2，是功的单位或能的单位。所以σ也可以理解为表面自由能，简称表面能。表面张力表面张力的本质：表面张力产生的根本原因：

4、表面张力的方向：分子间相互作用力的不平衡分子间相互作用力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。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。HgNaClH2O苯>>>金属键离子键极性共价键及氢键非极性共价键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。

5、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。表面张力表面自由能狭义表面自由能的定义：保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能，用符号σ表示，单位为J·m-2。表面自由能表面张力与表面Gibbs自由能材料表界面的基本性能不同点：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表面张力与表面Gibbs自由能材料表界面的基本性能相同点：σ既可表示表面自由能又可表示

6、表面张力，两者量纲相同，数值相等：表面自由能J/m2=Nm/m2=N/m表面张力1.Laplace方程球面非球面2.Kelvin公式3.Gibbs吸附等温式表界面四大定律之中的三个1.Laplace方程弯曲表面上的附加压力psps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。ABAB1.Laplace方程附加压力的方向总是指向曲率中心。psps弯曲表面上的附加压力（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，△

7、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。1.Laplace方程涉及的计算：知道内外压差，液体表面张力，计算液珠直径。1.Laplace方程1.Laplace方程的应用液体表面张力测定毛细管法最大气泡压力法滴重法吊环法吊板法1.Laplace方程的应用毛细管现象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象,叫做毛细现象.能够产生明显毛细现象的管叫做毛细管.毛细管法由Laplace方程可得：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hrr毛细管法1.Laplace方程