文档介绍：§ 固体界面行为
一、表面与界面的概念
通常把不同形态或不同种类的两种物质之间的交界面叫做界面。三种基本形态的物体之间存在着以下几种界面组合:
固—固、固—液、固—气
液—液、液—气
习惯上我们把固—气、液—气界面叫做固体或液体的表面。
本体相:物体的内部
表面相(界面相):处于物体表面的部分,具有本体相所没有的表面能。
处于材料表面层的分子状态与其内部相比有所差异,同时某种材料与其他物质之间的化学反应(例如氧化、腐蚀等)都是从表面开始进行的,所以研究材料的界面行为非常必要,为了研究方便,一般将物体分为本体相和表面相。
比表面积:材料所具有的表面积与其质量之比(单位:m2/kg)。
比表面积与构成材料的微粒的大小和形状都有关系。增加材料的比表面积,实际上就增加了材料的表面相成分,同时也就增加了材料的总能量和反应活性。
二、表面能与表面张力
以水为例,处于本体相中的每个分子周围都存在着一个对称的力场,而处于表面相的分子则受到指向本体相的力的作用,即表面相的分子有回到本体相中去的趋势。
水的本体相
空气
水的表面相
由以上例子可以看出,如果将本体相的分子移到表面,增大体系的表面积,需要克服本体相的其他分子对该分子的吸引力,而对体系作功。而所作的功将转变为成为表面相的分子比本体相分子多余的自由能。
即:处于表面相的分子具有比本体相的分子多余一定的能量。
在恒温、恒压及组成不变的条件下,使体系增加单位表面积时所作的功叫做表面能(或表面自由能),
单位:J/m2(焦耳/米2),
或erg/cm2(尔格/厘米2)。
表面能的概念
让我们来考察液气界面,我们经常可以看到树叶、或油漆等物质的表面存在着的小水滴呈球形。这是由于沿着与液面相切的方向,存在着一种力图使水滴的表面积缩小的力,该力称为表面张力。
单位:N/m(牛顿/米),
或dyn/cm(达因/厘米)。
表面张力的概念
在液体状态下,表面能与表面张力具有相同的量纲,且在数值上是相等的。
下面通过一个液膜扩展试验来说明这个结论。
B
C
A
L
D
F
E
F
G
液膜扩展实验
在一边可动的框架上张上一肥皂液膜ABCD,如果不考虑重力的作用,在可移动的CD线上施加一外力F,使CD移动到EG的位置,这时它们将达到一个新的平衡状态。
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