高分子表面与界面-第一章.ppt

高分子表面与界面Polymer Surfaces and Interfaces ;什么是表面？;什么是界面？;界面效应;气/液：蒸发，蒸馏，表面张力，泡沫，雾 液/液：乳液、界面张力 气/固：气体吸附，气蚀，升华，催化反应等， 液/固：从溶液中吸附溶质，电解，高分子胶体，焊接，润湿，接触角，浮选，粘合，润滑，催化，摩擦等 固/固：粘合，摩擦，磨损，合金，固相反应等;荷叶表面的超疏水性;荷叶表面存在蜡状物 表面的特殊结构：荷叶表面有序分布有平均直径为5~ 9μm 的乳突，而一个乳突表面分布有直径200nm 的绒毛。乳突、绒毛间存在大量空气，形成气垫。 荷叶放置在水面10米以下再取出，乳突、绒毛间的空气被排出，荷叶表面由疏水性转变为亲水性。;鲨鱼的皮肤;主要内容;主要参考书;第一章 表界面基础知识;第一节 表面张力和表面自由能;皂膜试验;一、表面张力;表面张力概念的提出比表面自由能的概念早一个多世纪。但液体表面存在表面张力的现象一直未能从分子水平作出满意的解释。一些著名学者否认表面张力的真实性，认为表面张力只是为了应用上的方便而引入的表面自由能的等效量。在20世纪30-50年代否定表面张力的观点似乎占了上风。但皂膜实验说明存在表面张力。问题在于如何对表面张力现象做出合理的微观解释。提出了种种说法，不过至今仍不能认为得到满意的解决。其中空位理论具有一定的说服力。;表面张力的物理真实性 —— 空位理论假设;表面张力本质上是由分子间相互作用力产生的。 表面张力可分为非极性的色散分量 和极性分量 。;液膜在外力 F 作用下移动了dx 的距离，表面积增加了 dA=2Ldx。外力作功为;二、 表面自由能;体相内分子处于对称力场，分子在体相内部运动无需做功；;根据热力学第一定律，纯物质组成的系统在可逆条件下生成单位表面时内能的变化为;对热力学函数焓;表面张力的热力学定义;令Gs为单位面积的吉布斯自由能，简称比表面自由能; 三、表面张力与表面自由能的关系;四、影响表面张力的因素;四、影响表面张力的因素;压力;第二节 Young-Laplace公式 ;平面液体：表面张力的合力为零。表面液体所受压力等于表面上的外压力。;一、弯曲表面的附加压力 ps;二、Young-Laplace公式;不规则形状液滴上的附加压力;Young-Laplace公式的推导;5. 增加dA面积所作的功与克服附加压力Ps增加dV所作的功应该相等，即；;利用力学方法推导Young-Laplace公式;3. AD左边表面向左拉微小曲面, 其拉力大小为 f ， f 的水平分量与垂直分量分别为 f1 及 f2；;6. 同法可得，向前与向后拉微小曲面的两个张力的水平分量互相抵消，垂直分量之和 fx 为;毛细管法 最大气泡压力法 滴重法 Du Noüy吊环法 Wilhelmy吊板法 滴形法;一、毛细管法 ;更普遍的情况是液体对于毛细管的湿润程度介于完全湿润与完全不湿润之间的情况，液固接触角?介于0?-180?之间，若弯月面仍为球面， 曲率半径R‘与毛细管半径 r 的关系为;需考虑的修正;Rayleigh级数近似法： ;毛细管法优点：;毛细管法的缺点：;差分毛细管法：;二、最大气泡压力法 ; 将待测液体装于表面张力仪，使毛细管的端面与液面相切。 打开滴液漏斗的活塞，使水缓慢滴下而降低系统的压力，毛细管内的液面上受到一个比样品管内的液面上稍大的压力。毛细管口产生气泡。 气泡随毛细管内外压力差逐渐增大而慢慢长大，气泡的曲率半径经历一个从大变小，达到一个最小值后又逐渐变大的过程。 当气泡形状恰好为半球形，气泡半径等于毛细管半径时，曲率半径最小，这时附加压力达到最大值，可由压力计测出。;毛细管端口形成的气泡恰为半球形时，气泡曲率半径最小，等于毛细管半径，压力差相应达到最大值;测试中，毛细管下端也可插入液面以下 h 深度。但此时，附加压力需要加上毛细管下端处液体的静压力。 必须指出，上述处理仅局限于毛细管很细的情况，精度可达千分之几。当毛细管较粗时，Sugden应用（巴什福斯 ）-（亚当斯）方程形状因子进行了修正。;优点：;缺点：;差分最大气泡压力法：;重复性优于差分毛细管法。;三、滴重（体积）法 ;r：浸润时为毛细管外径，不浸润时为毛细管内径。;液滴落下过程;并且得出，f 是液滴体积V的函数，随 变化;Wilkenson等用实验数据拟合得到经验公式：;样品制备、温度控制简单； 样品用量少 ； 测量精度可达0.1%； 经验方法，f 依赖Harkins-Brown的实验结果 ； 滴重计出口端头需光滑没有伤痕； 管径 r 选择在r/v1/3在0.6-1.2范围内，在此范围内 f 的