材料表面與界面-2ppt課件

1、總結(jié) 物質(zhì)表面存在表面張力 表面張力和表面自由能概念不同，數(shù)值相同 表面張力是由于物質(zhì)表面上分子與本體中分子所受的相互作用力不同，產(chǎn)生表面收縮所致 水表面張力 72mN Laplace方程2PR Kelvin公式102ln()MpRTpr012MppRTr2.7 溶液表面 溶液表面張力取決于：1、溶液組成部分分子相互作用 2、溶液組成部分分子在表面上的分布2.7.1 溶液表面張力C 水溶液濃度IIIIIII類：隨C增加，溶液表面張力上升溶質(zhì)一般為鹽類II類：隨C增加，溶液表面張力下降溶質(zhì)一般為有機(jī)物 3） 1）按親水部分1離子型3混合型2非離子型親水性：1） 3） 2） 溶解性離子型表面活性劑

2、在溫度高于一定值時(shí)，溶解度急劇增加ST/Krafft點(diǎn)非離子表面活性劑，當(dāng)溫度上升到一定溫度時(shí)，溶解度下降，出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，該溫度稱為濁點(diǎn)Cloud Point CMC critical micelle concentrationmicelleCMC溶液性質(zhì)CCMC表面張力油溶性滲透壓當(dāng)量電導(dǎo) HLB值表面活性劑分子中的親水基團(tuán)的親水性和親油基團(tuán)的親油性表達(dá) hydrophile-lipophile balance 1HLB值的標(biāo)準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn) 石蠟石蠟0 油酸油酸1 油酸鉀油酸鉀20 十二烷基硫酸鈉：十二烷基硫酸鈉：402HLB值應(yīng)用表面活性劑分類 HLB 1 親油性極強(qiáng)的表面活性劑 HLB 40

3、 親水性最強(qiáng)的表面活性劑 HLB 10 親油性與親水性的中點(diǎn)表面活性劑應(yīng)用 HLB 36 油包水乳液 HLB 78 潤(rùn)濕劑 HLB 916 水包油乳液3HLB值測(cè)定5%未知HLB值的乳化劑分散在15%已知HLB值的油相中 油相制備：粗蒸松節(jié)油HLB 16和棉籽油 （HLB 6復(fù)配得到不同HLB值的油相加80%的水在Janke-Kunkel型KG分散器以最小速度分散1分鐘制備后12，24小時(shí)后比較樣品的穩(wěn)定性，得乳化劑的HLBJournal of American Oil Chemists Society 60(4):862 (1983)4HLB值計(jì)算非離子表面活性劑HLB計(jì)算07 11.7lo

4、gWMHLBMMw 親水基團(tuán)相對(duì)分子質(zhì)量Mo 秦油基團(tuán)相對(duì)分子質(zhì)量Journal of American Oil Chemists Society 49(8):499 (1960)非離子、陰離子表面活性劑HLB計(jì)算7HLB 親水基數(shù)親油基數(shù)混合表面活性劑HLB計(jì)算1122%HLBHLBwHLBw適用于非離子表面活性劑2.7.3 表面吸附iidUTdSpdVdAdniidUTdSpdVdAdnSiiUTSpVrAniiiidUTdSSdTpdV VdpdAAddnnd0iiSdTVdpAdnd0iiAdn d恒溫、恒壓下：iinddA設(shè)：iinA lniidRTda1122lnlndRTdaRT

5、da Gibbs面n10溶劑表面上為0時(shí)，溶質(zhì)的表面過(guò)剩Gibbs吸附公式稀溶液(1)221lndRT da (1)221lndRT da 21lndRT dC 22CdRT dC d/dC +d/dC -低表面張力物質(zhì)在表面上聚集(1)222CdRT dC 第三章 界面相互作用作用力：Van der waals力 靜電力空間相互作用力作用類型WD）/JD/nmW0D0相互作用能物體相互間的距離吸引排斥WD）/JD/nm排斥聚沉 coagulationWD）/JD/nm絮凝 flocculation絮凝可以再分散3.1 Van der Waals力3.1.1 Van der waals類型取向

6、力色散力誘導(dǎo)力偶極子間相互作用瞬間偶極相互作用偶極對(duì)物體相互作用Kesson力London力Debye力3.1.2分子間 Van der waals力2 212260( )3(4)u uW rTr取向力色散力誘導(dǎo)力0 介電常數(shù)真空中）Boltzman常數(shù)u 偶極距r 偶極間距離T 溫度極化率v 頻率U1偶極距u2 誘導(dǎo)偶極距1212260123( )(4) ()hv vWrvvr 221221260( )(4)uuW rrWvdw= -( CK + CL + CD )/r6 = - C/r6分子間Van der Waals力與分子間距離r6成反比取向力K色散力L誘導(dǎo)力DCCl401000苯01

7、000甲苯0.1990.9氯苯13.378.18.6苯胺13.677.98.5乙醚10.282.57.1乙醇42.647.69.73.1.3宏觀物體間的Van der Waals力宏觀物體間的Van der Waals力為各組成物之間Van der Waals力加和WD） UADnU 物體大小、形狀因子A Hamaker常數(shù)1球與平面間的作用力平面DRWD） AR6D2平面與平面間的作用力平面DWD） A12D2特點(diǎn) 宏觀物體間的Van der Waals力有加和性 Van der Waals力相互作用范圍大，5nm 相互作用力與物體形狀有關(guān)兩物體通過(guò)第三種介質(zhì)相互作用3Hamaker常數(shù)計(jì)算

8、A AL ADKn 折光指數(shù)v 頻率2222132322 1/222 1/222 1/222 1/2132313233()()8 2()()()()Lhv nnnnAnnnnnnnn 介電常數(shù)13231323DKAT相同聚合物通過(guò)空氣3 1，n31）、水（ 3 80，n31.333相互作用的Hamaker常數(shù)Polymnv/1015s-1mediumHamaker Constant/10-20JobservedcalculatedPS2.551.5572.3air6.56.6PS2.551.5572.3water 1.40.95PVC3.21.5272.9water 3.83.8PTFE 2.

9、11.3592.9water 0.290.33 真空中，兩種物質(zhì)總是吸引 介質(zhì)中，相同物質(zhì)總是吸引 不同物質(zhì)或吸引或排斥3.2 靜電力3.2.1 擴(kuò)散雙電層固體溶液0ixiGrouyChapman模型兩相界面上電荷分離產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為雙電層電勢(shì)差，0假設(shè)：1表面是無(wú)限大平面，電荷均勻分布 2液相中介電常數(shù)相同 3擴(kuò)散雙電層中，離子是點(diǎn)電荷無(wú)體積），服從Boltzmann分布電荷分布：ni ni0 exp(-Zie/T)ni 雙電層中單位體積中i離子的數(shù)目ni0 溶液中的i離子數(shù)目0=0Zi i離子的價(jià)數(shù)雙電層內(nèi)，體積電荷密度： ni Zi e電勢(shì)分布：(1)平面雙電層2 /低電勢(shì)近似，即：22

10、x01(exp(/)iiin Z eZ eT /1iZeT 22001(/)iiiin Z eZe nT 2201 / 2()iinZeT 222x 0/e0 xeK1雙電層厚度xK1時(shí)，雙電層電勢(shì)特性：1)雙電層電勢(shì)與溶液中離子特性有關(guān)2)電勢(shì)以指數(shù)形式衰減Zi 增加，K1下降，雙電層變薄，體系穩(wěn)定性差n0i增加，K1下降，雙電層變薄，體系穩(wěn)定性差/0 x1:12:23:3/0 x10-3mol/L10-2mol/L10-1mol/L2201/2()iin Z eT 一般情況下非低電勢(shì)電勢(shì)分布0 xrr e004ZerT000exp(/2 ) 1exp(/2 ) 1ZeTrZeT4ZerT當(dāng)

11、0很小時(shí)，exp(/2) 1exp(/2) 1ZeTrZeT0 xe當(dāng)0不太小時(shí)，4Z erT04xTreZe當(dāng)0很高時(shí)，r0 14xTeZe(2)球面雙電層2221()ddrr drdr01(exp(/)iiin Z eZ eT 2 0exp()arar低電勢(shì)近似a 球半徑r 間隔比平板雙電層衰減更快3.2.2 stern雙電層 Stern層表面吸附層的厚度0stern面上電勢(shì)電勢(shì)分布電勢(shì)分布：(1)平面雙電層低電勢(shì)近似，即：/1iZeT xe一般情況下非低電勢(shì)電勢(shì)分布xrr e(2)球面雙電層exp()arar低電勢(shì)近似3.2.3 兩平面界面在溶液中的相互作用D兩平面間的靜電排斥力能）200()(64/)KDRWD