材料表面与界面4-0.pptVIP

第六章、固体表面 6.1固体表面张力与表面自由能 6.2晶体平衡形状 6.3固体表面结构特点 * 总结： 1、固体润湿 沾湿功 浸湿功 也称为粘附张力A 铺展系数 2、润湿方程 5.4 固体表面润湿性质 高能表面 5.4.1 固体表面润湿性质 金属、氧化物、无机盐 低能表面 有机物、聚合物 5.4.2 低能表面的润湿性 1）临界表面张力 γLV cosθ cosθ=1 γc 同系物液体在固体表面上的接触角随液体表面张力减小而减小 小于γc的液体能够在固体表面上铺展， γc称为临界表面张力 γLV cosθ γc cosθ=1 2）临界表面张力规律 20 甲基硅树脂 43 PET 61 脲醛树脂 46 PA66 39 PMMA 29 PP 31 PE 18 PTFE γc polymer ② 固体表面润湿性与固体所含元素有关 N O I Br Cl H F ① 固体表面润湿性与固体极性有关，极性大，润湿性好 ③ 氟、硅聚合物的表面润湿性最差 4.4.3 临界表面张力与表面组成的关系 24 硬脂酸 22 十八胺 9.2 全氟丁酸 6 全氟月桂酸 表面单分子层γc（在玻璃上成膜） γ c与表面上基团有关，与本体无关 γc与表面结构的关系 基团 γc －CF 3 6 －CF2H 15 －CF3, －CF2 17 －CF2－ 18 －CH2－CF3 20 －CF2－CFH－ 22 －CF2－CH2－ 25 －CFH－CH2－ 28 －CClH－CH2－ 39 －CCl2－CH2－ 40 ＝CCl2 43 －CH3 22 4.4.4 高能表面的自憎现象 高能表面吸附液体形成单分子层，使固体的临界表面张力小于液体本身的表面张力，使液体无法在固体表面铺展的现象，称为表面自憎现象，液体称为自憎液体 1－辛醇 γ 27.8 －CH3 γc 22 非极性液体可铺展，极性液体取决于它们的表面张力和临界表面张力 固体表面特点： 1）固体表面处于非平衡态 固体表面状态主要不取决于表面张力，而是取决于形成条件 2）表面张力与表面自由能不相等 当表面原子可以自由扩散时： 固体状态时： 各相异性 恒温、恒压下，晶体平衡态： 各方向上能量最低原理 各相同性，如：液体 Gibbs－Wulff晶体生长规律 生长快 迅速扩大 表面能高的面生长快，使表面能低的面迅速扩大，晶体变尖 5~20? 1）表面驰豫 几个原子层 表面原子偏离正常位置，在垂直方向上位移现象，称为表面驰豫 高表面能原子向里位移，低表面能原子向外位移 LiF为例： Li F 0.35? 0.1? 表层沿表面产生了横向移动，二维周期性与体内不同的现象，称为表面重构 2）表面重构 3）表面台阶 4）表面缺陷 6.4固体表面张力、表面能测定 6.4.1温度外推法 测定固体熔融状态下不同温度的的表面张力，外推到室温，得固体表面张力 用于固体表面张力估算，误差较大 6.4.2晶体劈裂法 Orowan公式 T拉开厚度为x薄片的拉力 E弹性模量 5.4.3 溶解热法 原理：固体溶解时，表面破坏，表面能转化为溶解热的一部分。同等重量不同细度固体的溶解热之差即固体的表面能。 6.5低表面能表面张力估算 假设只有色散力在界面上起作用 如果用烷烃测试接触角 考虑极性成分 6.5.2 Owens-Wendt-Kaelle法 *