表面自由能和界面润湿-演讲.ppt

文档介绍：表面自由能和界面润湿
一、表面自由能
二、界面润湿
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一、表面自由能
1. 固体表面力场
2. 表面能和表面张力
3. 表面行为
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1. 固体表面力场
● 晶体中质点的受力场可认为是有心对称的。● 固体表面质点力场对称性被破坏，存在有指向的剩余力 场，使固体表面表现出对其他物质有吸引作用（如吸附、 润湿等），该力称为固体表面力。● 表面力分为化学力和分子力： 化学力：本质是静电力。当固体表面质点通过不饱和键 与被吸附物间发生电子转移时，产生化学力。
一、表面自由能
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范德华力（分子力）：● 定向作用力(静电力)：发生在极性物质之间。相邻两个 极化电矩相互作用的力。● 诱导作用力：发生在极性与非极性物质之间。指在极性 物质作用下，非极性物质被极化诱导出暂态的极化电矩， 随后与极性物质产生定向作用。● 分散作用力(色散力)：发生在非极性物质之间。非极性 物质瞬间电子分布并非严格对称，呈现瞬间的极化电矩， 产生瞬间极化电矩间相互作用。在固体表面上，化学力和范德华力可以同时存在，但两者在表面力中所占比重，将随具体情况而定。
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2. 表面能和表面张力
狭义的表面自由能定义：
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能(函数)的增加值称为表面Gibbs自由能(函数) ，或简称表面自由能或表面能，单位为J·m-2。
表面张力：把作用于单位边界线上的张力称为表面张力，用g 表示，单位是N·m-1。
广义的表面自由能定义：
保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。
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ρ 液体密度；g 重力加速度；r 毛细管半径；θ接触角。
（1）液体表面能 倾向于形成球形表面，降低总表面能。 液体表面能和表面张力具有相同的数值和量纲。 液体 液体表面能常用测定方法是将一毛细管插入液体中，测定 液体在毛细管中上升的高度h，由下式求出表面张力γ：
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（2）固体表面能 一般不等于表面张力γ，其差值与过程的弹性应变有关。
● 固体表面能确定的方法：实验测定和理论计算。● 实验方法 较普遍采用的是将固体熔化测定液态表面张力与温度的 关系，作图外推到凝固点以下来估算固体的表面张力。
● 理论计算 理论计算比较复杂。
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共价晶体表面能当共价晶体不考虑长程力的作用，表面能(us)即是拆开单位面积上的全部键所需能量之一半：
式中 ub 为破坏化学键所需能量。以金刚石的表面能计算为例，若解理面平行于(111)面，×10 19个键， kJ/mol，则可算出表面能为：
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3. 表面行为
（1）表面吸附与偏析
（2）弯曲表面效应
（3）附加压力与表面张力的关系
（4）开尔文(Kelvin)公式
（5）毛细管的开尔文公式
（6）固体溶解度的开尔文公式
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（1）表面吸附与偏析
吸附：异相原子或分子附着在固体表面上的现象。
偏析：固溶体（或液体）中的溶质原子富集在表面或界面层。
3. 表面行为
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