表面自由能和界面润湿-演讲教程文件.ppt

2.2 表面自由能和界面润湿;一、表面自由能;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。;2. 表面能和表面张力;ρ 液体密度；g 重力加速度；r 毛细管半径；θ接触角。;（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。;共价晶体表面能当共价晶体不考虑长程力的???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： ;3. 表面行为;（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。 ;（2）弯曲表面效应表面张力的存在，使弯曲表面上产生一个附加压力。设平面压力为P0，附加压力为△P，则弯曲表面压力为：P ＝P0 ± △P （正负号取决于曲面形状），不同曲率表面的情况如图：;（3）附加压力与表面张力的关系如图，当管内压力增加，气泡体积增加dV ，相应表面积增加dA 。忽略重力，则体积增加的唯一阻力是扩大表面所需的表面能。为克服表面张力，环境所做的功为(P-P0)dV ，平衡这个功应等于系统表面能的增加：;r1 和r2：曲面的两个主曲率半径。此式对固体表面适用。;（4）开尔文(Kelvin)公式凸形液滴的附加压力使其化学位增加，从而使液滴的蒸气压随之增大。即凸形液滴的蒸气压大于同温度下平面液体的蒸气压。其关系为：; ;式中 为固液界面张力，C0、C 分别为大晶体和半径为r 的小晶体的溶解度，d 为固体密度。上式含义是微小晶粒溶解度大于普通颗粒的溶解度。;二、界面润湿;1. 润湿与粘附; 2. 接触角与杨氏方程;杨氏方程与润湿过程;3. 润湿现象;相当于外界所做的功W： ;; 式中θ是润湿角； F 称润湿张力。θ 90°不润湿；θ 90°润湿；θ = 0° 完全润湿。 （自由铺展）;;（3）浸渍润湿;;4. 影响润湿的因素;（1）表面粗超度的影响;表面粗糙度的影响;总之表面粗超度的影响： 当θ９０°能湿润时，表面粗糙度有利于润湿。 　　 当θ９０°不能润湿时，表面粗糙度不利于润湿。;谢谢大家