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第六章 固体表面与界面 表面与界面相关概念 固体的界面可一般可分为表面、相界面和界面： 1）表面:表面是指固体与真空或气体的界面。 2 ）(相)界面:相邻相之间的交界面称为相界面。相界面有三 类，如固相与固相的相界面；固相与气相之间的相界 面；固相与液相之间的相界面。 3 ）晶界:相邻两个结晶空间的交界面称为“晶界” 。 自然界中的一些表面界面现象 • 荷叶表面上的水滴滚动 • 活性炭除臭 • 水滴会自动成球 • 细砂糖比粗砂糖溶解速度快 材料中的表面界面问题 物理性质：熔点、蒸汽压、溶解度、吸附、润湿和烧结等 （微小晶体蒸汽压增大、熔点下降、溶解度增加，表面 上存在着吸附等现象） 化学性质：化学活性、催化、固相反应 等 （反应能力增强、存在表面化学反应等） • 金属材料 • 陶瓷材料 • 电子材料 • 复合材料 一定体积的球颗粒分散程度与表面积关系 直径为 1cm的 直径 10nm 的 微球 纳米粒子 分成 1018个 2 表面积： 3.1416cm 表面积相 总表面积 314.16m2 差 106倍 与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的 表面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。 6.1 固体的表面能与表面张力 （一）、液体的表面张力和表面能 图1在棉线的上下都有一层肥皂膜。 图2 左侧的肥皂泡破了，右侧的薄膜就会收缩，使棉线向右弯成 弧形。 图3 右侧的肥皂泡破了，左侧的薄膜就会收缩，使棉线向左弯成 弧形 表面张力（surface tension） 将一含有一个活动边框的金属线 框架放在肥皂液中，然后取出悬挂， 活动边在下面。由于金属框上的肥皂 膜的表面张力作用，可滑动的边会被 向上拉，直至顶部。 在两相(特别是气-液)界面上，处 处存在着一种张力，它垂直与表面的 边界，指向液体方向并与表面相切。 把作用于单位边界线上的这种力称为表面 张力，用 -1 γ 表示，单位是N·m 。 如果在活动边框上挂一重物， 使重物质量W 与边框质量W 所产生 2 1 的重力F （F= （W +W ）g ）与总的 1 2 表面张力大小相等方向相反，则金 属丝不再滑动。 这时 F 2γ l l是滑动边的长度，因膜有两个 γ 面，所以边界总长度为2l， 就是 作用于单位边界上的表面张力。 恒温恒压下增加肥皂膜面积dA时，力F需对体系所作 的最小功（可逆非体积功）： δ w′ Fdx 2γ ldx γ dA dG r s γ δw′ / dA (∂G / ∂As ) r s