第五节表面活性剂在固/液界面上的吸附
一、表面活性剂在固/液界面吸附的机理
在浓度不大的水溶液中，一般认为表面活性剂在固体表面的吸附是以单个表面活性剂的离子或分子进行的。吸附可能以下述一些方式进行。
(一)离子交换吸附
吸附于固体表面的反离子被同电性的表面活性剂的离子取代。
（二）离子对吸附
表面活性剂离子吸附于具有相反电荷的、未被离子所占据的固体表面位置上。
（三）氢键形成吸附
表面活性剂分子或离子与固体表面极性基团形成氢键而吸附。
(四)π电子极化吸附
吸附质分子中含有富于电子的芳香核时，与吸附剂表面的强正电性位置相互吸引而发生吸附。
（五）London引力（色散力）吸附
吸附作用随吸附质分子增大而增加，而且在任何场合皆发生。所有吸附类型中皆存在，可作为其它吸附的补充。此种吸附机理可以说明表面活性剂离子在离子交换吸附中取代同电性无机离子的原因。
（六）憎水作用吸附
表面活性剂亲油基在水介质中易于相互联结形成“憎水链”，具有逃离水的趋势，当浓度增大到一定程度时，有可能与吸附在表面的其它表面活性剂分子聚集而吸附，或以聚集状态吸附于表面。
二、表面活性剂溶液的吸附等温线
表面活性剂在固体表面上的吸附等温线有以下三种：
（一）Langmuir 型吸附等温线
例如表面活性剂C
16H
33
N(CH
3
)
3
Br在炭黑上的吸附，如图9-12。
平衡浓度/m mol/L
图9-12 C
16H
33
N（CH
3
）
3
Br在炭黑上的吸附
可用Langmuir公式表示：（9-12）
式中，n 2S ——表面活性剂在固体表面吸附量；n m S
——表面单分子饱和吸附量；
a ——常数；C ——表面活性剂溶液浓度。
将（9-12）式直线化得： （9-13） 或将（9-12）式变为：
（9-14） 根据（9-13）式以1/n 2S 对1/C 作图，直线斜率=a/n m S ，截距=1/n m S ，可求得n m S 和a 值。同理根据（9-14）式以C/n 2S 对C 作图可求出n m S 和a 值。
（二）“台阶”型吸附等温线
例如表面活性剂在氧化铝表面上的吸附量呈台阶型吸附等温线，如图9-14。
平衡浓度/m mol/L
图9-13 表面活性剂在氧化铝上的吸附
（三）S 型吸附等温线
吸附等温线是由三部分组成如图9-14。第一区域：是十二烷基磺酸阴离子和用来调节离子强度的氯化钠的氯离子进行竞争吸附。产生吸附的地方是氧化铝粒子周围的双电层的扩散层部分。因此在这个区域中ζ电位的变化几乎看不出来。同时这种吸附只是离子交换，所以吸附等温线的斜率也近似等于1。
十二烷基磺酸钠的平衡浓度/mol/L
图9-14 十二烷基磺酸钠在氧化铝上吸附
pH7.2，离子强度2×10-3mol/L，24℃
△.接触角；○.吸附密度；□.电泳迁移率
第二区域：吸附等温线的斜率急骤增大。同时氧化铝粒子的ζ电位也急聚地变化。这是由于已被吸附的表面活性离子的碳氢链与溶液中表面活性离子的碳氢链之间作用。
这种碳氢链间的聚合发生在低于CMC值的浓度，并非形成胶束，一般称为“半胶束形成”(hemimicelle formtion)或“合作吸附”(cooperativeadsorption)。在此区域中，吸附剂的表面电荷被吸附了表面活性离子的电荷所中和。至此阶段末，往往由于更多的表面活性离子发生吸附，导致表面电荷变号（与表面活性离子同号），显示出离子交换及半胶束形成的过程。如上图所示。
第三区域：吸附必须克服同电荷间的斥力，故随浓度的增长逐渐变得缓慢，吸附等温线的斜率就减小。在第二区域和第三区域交界处，ζ电位符号相反，在图中把这点称为ζ电位逆转点(point of zeta potentialreversal)（缩写PZR）。
表面活性剂溶液的吸附等温线是比较复杂，在此体系中，有一些影响吸附的因素值得考虑。
（1）溶液中表面活性剂形成胶束，使表面活性剂的活度不再随浓度有显著增加，于是吸附等温线趋于变平。
（2）界面电荷有明显的影响。若界面电荷与表面活性离子同号，则吸附减少，吸附等温线的斜率降低；若电性相反，则吸附增加而等温线斜率变大。
（3）吸附剂表面的不均匀性将导致与气体多层吸附相似的等温线。
（4）分子间的侧向相互作用（通常存在于长链表面活性剂分子间的作用）使吸附等温线的斜率变得更陡，等温线容易表现出S 形或“台阶”。
三、影响表面活性剂在固/液界面吸附的因素
（一）表面活性剂的碳氢链长
表面活性剂分子中的碳氢链长不同，吸附程度不同，碳氢链越长越易于吸附。
（二）表面活性剂的类型
一般吸附在水中（中性），表面上大多数带有负电荷，因而阳离子表面活性剂易被吸附，如C 12H 25NH 2·HCl 易被吸附，而C 12H 25SO 4Na 不易吸附。
对于非离子表面活性剂的吸附，主要考虑亲油基与亲水基的作用。当聚氧乙烯链（亲水基）短时，非离子表面活性剂的吸附比阴离子表面活性剂的吸附大。当聚氧乙烯链相当长时，则吸附较少。如-（CH 2OCH 2）n -在CaCO 3上吸附，n 值越大
则吸附越少。
（三）吸附剂表面性质
吸附剂大致分三类：一类是具有带电吸附的吸附剂，如硅酸盐、氧化铝、二氧化钛、硅胶、聚酰胺（在一定pH 溶液）以及不溶于溶剂中的无机离子晶体如BaSO 4、CaCO 3等及离子交换剂。
此类吸附剂的吸附为一复杂过程，表面活性剂的吸附可以通过离子交换，离子对形成及“憎水键”形成而进行。吸附等温线具有S 形，吸附明显地分为三个阶段。
第二类吸附剂是极性吸附剂，如中性溶液中的棉花、聚酯、聚酰胺等。此类吸附主要是由于色散力和分子间形成氢键。要形成氢键，则吸附剂与吸附物必须具有能形成氢键的基团，如棉纤维及尼龙纤维能够较多的吸附聚氧乙烯类型的非离子表面活性剂。
第三类吸附剂是非极性吸附剂，如石墨、炭黑、木炭等。此类吸附主要是由于分子间色散力，阴、阳离子表面活性剂吸附等温线相似，而且常常是Langmuir 型。一般常在CMC 值附近吸附达到饱和。
（四）溶液的pH 影响
如氧化铝、二氧化钛以及羊毛、尼龙纤维等离子表面活性剂在其表面上的吸附与pH 有关。
pH 值较高时，正离子表面活性剂吸附较强；负离子表面活性剂则反之。如C 12H 24SO 4Na 在氧化铝上的吸附随pH 增加而减少；而C 12H 20NH 2·HCl 在氧化铝上的
吸附则随pH 增加而增加，其最大吸附量在pH=2.9时为2.45×10-10mol/cm 2，pH=6.8时为6.92×10-10mol/cm 2。
（五）温度影响
离子型表面活性剂在液/固界面上吸附，一般随温度升高而降低。这可能由于温度升高时离子型表面活性剂在水中的溶解度增加的缘故。
实验四 固液界面上的吸附 一．实验目的 1. 了解固体吸附剂在溶液中的吸附特点。 2. 做出在水溶液中用活性炭吸附醋酸的吸附等温线，求出Freundlich 等温式中的经验常数。 3. 通过测定活性炭在醋酸溶液中的吸附，验证弗伦特立希（Freundlich ）吸附等温式对此体系的适用性。 二、实验原理 (一)计算依据： 当一溶液与不溶性固体接触时，固体表面上溶液的成分常与体相溶液内部的不同，即在固-液界面发生了吸附作用。由于溶液中各组分被固体吸附的程度不同，吸附前后溶液各组分的浓度将发生变化，根据这种变化可计算出吸附量。 Γ=V （C 0-C ）/m (1) 式中：m ——吸附剂的质量（g ） C ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（1 -?L mol ） C 0——被吸附物质的初始浓度（1 -?L mol ） V ——所用溶液的总体积（L ） 在 V 、C 0 、m 已知的情况下，Γ和C 的关系如何呢？ 活性炭是一种高分散的多孔性吸附剂，在一定温度下，它在中等浓度溶液中的吸附量与 溶质平衡浓度的关系，可用Freundlich 吸附等温式表示：Γ=n kC m x 1 = (2) 式中：m ——吸附剂的质量（g ） x ——吸附平衡时吸附质被吸附的量（mol ） m x ——平衡吸附量（1 -?g mol ） C ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（1 -?L mol ）
k 、n ——经验常数（与吸附剂、吸附质的性质和温度有关）。将式（2）取对数，得 k C n m x lg lg 1 lg += (3) 以m x lg 对c lg 作图，可得一条直线，直线的斜率等于n 1，截距等于k lg ，由此可求得n 和 k 。 （二）本实验操作原理： 本次实验是在活性炭—醋酸体系中，验证Freundlich 吸附等温式的适用性，并求出经验常数n 和k ： NaOH+HAc==NaAc+H 2O 根据这个中和反应，计量滴定所用的NaOH 的量，可知HAc 的浓度c ，再根据 (1)式计算Γ值，即可作图。 三、仪器试剂 仪器：150ml 磨口具塞锥型瓶6个，150ml 锥型瓶6个，长颈漏斗6个，称量瓶1个，50ml 酸式、碱式滴定管各1支，5ml 移液管1支，10ml 移液管2支，25ml 移液管3支，电子天平1台，恒温振荡器1套，定性滤纸若干。 试剂：活性炭（20～40目，比表面300～400m 2/g ），0.41 -?L mol HAc 溶液，0.10001 -?L mol NaOH 标准溶液，酚酞指示剂。 四、实验步骤 1. 打开恒温振荡器的开关，预热10分钟，调节温度为25℃。 2. 将6个干净的磨口具塞锥型瓶编号，并各称入1.0克活性炭。 3. 用移液管按下表分别加入0.41 -?L mol HAc 和蒸馏水，并立即盖上塞子，置于25℃恒温振荡器中，调节好速度，摇荡一小时。 4. 从各号瓶中按下表所规定的平衡取样量V 取样，放入1~6标号的小锥形瓶中，各加入5滴酚酞指示剂，用NaOH 标准溶液各滴定两次（滴至粉红色刚好不褪去），碱量取平均值记入下表。 5. 用过的活性炭回收于托盘中，清洗仪器，关闭电源，整理实验台。 五、数据记录及处理 1. 将实验数据记入表,计算吸附前各瓶中醋酸的初浓度C 0和吸附平衡时的浓度C ，并按（1）式计算吸附量一同填入表.
材料表面与界面 1、材料表界面对材料整体性能具有决定性影响，材料的腐蚀、老化、硬化、破坏、印刷、涂膜、粘结、化学反应、复合等等，无不与材料的表界面密切有关。 2、应用领域：a. 航空和航天器件； b.民用;c.特种表面与界面功能材料； d.界面是复合材料的重要特征。 3、隐形涂料：这种涂料含有大量的铁氧体粉末材料，依靠其自身自由电子的重 排来消耗雷达波的能量。 4、表面与界面概念：常把从凝聚相（固相、液体）过渡到真空的区域称为表面; 从一个相到另一个相之间的区域称为界面. 5、表界面尺寸：可以是一个原子层或多个原子层，其厚度随材料的种类不同而 不同。 6、在物质的气、液、固三态中，除了两种气体混合能完全分散均匀而不能形成 界面外，三种相态的组合可构成五种界面：液－气，液－液，固－气，固－液，固－固。 7、物质的分类。从形态上：固体，液体，气体，胶体，等离子体。从结构上： 晶体，无定形。 8、固体表面的分类：理想表面；清洁表面（高温热处理，离子轰击加退火，真 空解理。真空沉积。场致蒸发等）。吸附表面。 9、清洁表面发生的常见重要物理化学现象：(a)表面弛豫；（b）重构；(c) 偏析又称偏聚或分凝；(d)台阶化；(e) 形成化合物；(f)吸附 10、表面处离子排列发生中断，体积大的负离子间的排斥作用，使C1-向外移动，体积小的Na+则被拉向内部，同时负离子易被极化，屏蔽正离子电场外露外移， 结果原处于同一层的Na+和C1-分成相距为0.020 nm的两个亚层，但晶胞结构基本没有变化，形成了弛豫。 11、重构：表面原子重新排列，形成不同于体相内部的晶面。 12、偏析又称偏聚或分凝指化学组成在表面区域的变化但结构不变。 13、台阶化表面附近的点阵常数不变，晶体结构也不变，而形成相梯度表面。 14、形成化合物：指表面化学组成和结构都发生改变，在表面有新相生成。 15、吸附指表面存在周围环境中的物种。分类：物理吸，附和化学吸附。 16、物理吸附：外来原子在固体表面上形成吸附层，由范德华力作用力引起，则此吸附称为物理吸附。特点：物理吸附过程中没有没有电子转移、没有化学键的生成和破坏，没有原子重排等等，产生吸附的只是范德华力。物理吸附的作用力是范德华力，包括：定向力/偶极力、诱导力、色散力；作用力。 17、化学吸附：外来原子在固体表面上形成吸附层由化学键作用力引起，则此吸附称为化学吸附。特点：表面形成化学键；有选择性；需要激活能；吸附热高（21- 42 KJ/mol）。吸附的物种可以是有序=也可以是无序=吸附在表面，也可以是单层=，也可以是多层=吸附。因表面的性质和被吸附的物种而定。 18、表面产生吸附的根本原因：（1）电荷在凝聚相表面发生迁移，包括负电荷的电子迁移和正电荷的离子迁移。（2）表面存在可以构成共价键的基团：A、过渡金属原子空的d轨道如Pt(5d96s1)；B、化学反应成键。 19、固体的表面特性：①表面粗糙度r : 实际表面积与光滑表面积之比值。表面粗糙度测定方法:1)干涉法：适合测量精密表面；2)光学轮廓法；3)探针法；4）比较法；5）感触法。
一，固液界面的微观结构 固液界面微观结构分类： 根据用显微镜观察生长着的晶体的界面状况，可以将其微观结构分为两类，即光滑界面和粗糙界面 ()一光滑界面： 1.从显微尺度来看，光滑界面呈参差不齐的锯齿状，界面两侧的固液两相是截 然分开的，在界面的上部，所有的原子都处于液体状态，在界面的下部，所有的原子都处于固体状态，即所有的原子都位于结晶相晶体结构所规定的位置上。 2.这种界面通常为固相的密排晶面。由于这种界面呈曲折的锯齿状，所以又称 为小平面界面。 3.当从原子尺度观察时，这种界面是光滑平整的。 ()一光滑界面图2.19： 1.原子尺度看： a)界面光滑平整， b)固液两相截然分开， c)界面上固相原子位于固相晶体结构所规定的位置上， d)形成平整的原子平面 2.在光学显微镜下，光滑界面由曲折的若干小平面组成，所以又称为 ()二粗糙界面： 1.从原子尺度观察时，这种界面高低不平，并存在几个原子间距厚度的过渡层。 在过渡层中，液相和固相的原子犬牙交错的分布着
2. 由于过渡层很薄，在光学显微镜下，这类界面是平直的，又称为非小平面界 面 除了少数透明的有机物之外，大多数材料包括金属材料是不透明的，因此不能依赖直接观察的方法确定界面的性质 那么如何判断材料界面的微观结构类型呢，杰克逊对此进行了深入的研究 当晶体与液体处于平衡状态时的固液界面： 当晶体与液体处于平衡状态时，从宏观上看，其界面是静止的。但是从原子尺度看，晶体与液体的界面不是静止的，每一时刻都有大量的固相原子离开界面进入液相，同时又有大量液相原子进入固相晶格上的原子位置，与固相链接起来，只不过两者的速率相等。 光滑界面和粗糙界面的定义： 1. 设界面上可能具有的原子位置数为N ，其中A N 个位置为固相原子所占据，那么界面上被固相原子占据位置的比例为N N x A = ，被液相原子占据的位置比例则为x -1。 2. 如果界面上有近50%的位置为固相原子所占据，即%50≈x ，这样的界面即 为粗糙界面。 3. 如果界面上有近0%或100%的位置为晶体原子所占据，则这样的界面称为光 滑界面 界面的平衡结构应当是界面能最低的结构 当在光滑界面上任意添加原子时其界面自由能的变化s G ?可以用下式表示： ()()()x x x x x x NkT G m s --++-=?1ln 1ln 1α式中，k 为波尔茨曼常数，m T 是熔点，α是杰克逊因子
第五章固-液界面 要求：掌握Young 方程和接触角；了解粘附功和内聚能，Young-Dupre公式，接触角的测定方法，接触角的滞后现象，以及固体表面的润湿过程；理解固液界面的电性质，即扩散双电层理论，包括:Gouy-Chapman理论，Debye-Hukel 对Gouy-Chapman公式的近似处理，Stern对Gouy-Chapman和Debye-Hukel 理论的发展；理解动电现象，平面双电层之间的相互作用，球状颗粒之间的相互作用；掌握新相形成，即成核理论，以及促进成核的方法。 §5.1 Young方程和接触角 1、固体表面的润湿 固体被某种液体润湿或不能润湿，叫亲某种液体或疏（憎）某种液体，例如：亲水性（疏油性，疏气性）；亲油性（亲气性，疏水性）。 根据水对固体表面的亲、疏性大小，水滴在固体表面，会出现如图5-1所示三种情况。 三相接触周边：液滴在固体表面，会存在固液气三相接触线，将液滴在固体表面铺展平衡时的固液气三相接触线叫三相平衡接触周边。 σ和平衡接触角或接触角θ：三相平衡周边任意一点上的液气界面张力 lg σ之间的夹角，叫润湿接触角θ，如图5-2所示。 液固界面张力 ls
接触角θ可定量描述固体被液体润湿的大小，接触角越小，润湿性越好，接触角越大，润湿性越差。一般分下面三种情况： （1）θ< 90o 时：被润湿，润湿过程对外做功，有放热现象； （2）θ= 90o 时：中等，无现象； （3）θ> 90o 时: 不被润湿，外界对系统做功，有吸热现象。 3、Young 方程 如图5-2 所示，润湿周边任意一点上，当润湿达平衡时，其在水平方向上的受力合力应为零，则应有： 0cos lg =-+sg ls σθσσ θ σσσc o s lg +=ls sg （5-1） 上述方程即为Young 方程，它是研究固液润湿作用的基础方程。 §5.2 粘附功和内聚能 设有α，β两相，其相界面张力为αβσ，如图5-3所示，在外力作用下分离 为 独立的α，β两相，表面张力分别为βασσ，。在这一过程中，外界所作的功为a W ： αββασσσ-+=a W （5-2） a W 是将结合在一起的两相分离成独立的两相外界所作的功，叫粘附功。 若将均相物质分离成两部分，产生两个新界面，如图5-4所示，则上式中，
第一章 1、什么是Young 方程？接触角的大小与液体对固体的润湿性好坏有怎样的关系？ 答：Young 方程：界面化学的基本方程之一。它是描述固气、固液、液气界面自由能γsv，γSL ，γLv 与接触角θ之间的关系式，亦称润湿方程，表达式为： γsv -γSL =γLv COSθ。该方程适用于均匀表面和固液间无特殊作用的平衡状态。 关系：一般来讲，接触角θ的大小是判定润湿性好坏的依据，若θ=0.cosθ=1，液体完全润湿固体表面，液体在固体表面铺展；若0＜θ＜90°，液体可润湿固体，且θ越小，润湿性越好；90°＜θ＜180°，液体不润湿固体；θ=180°，完全不润湿固体，液体在固体表面凝集成小球。 2、水蒸气骤冷会发生过饱和现象，在夏天的乌云中，用飞机撒干冰微粒，试气温骤降至293K ，水气的过饱和度（P/Ps ）达4，已知在293K 时，水的表面能力为0.07288N/m ，密度为997kg/m 3，试计算： （1）在此时开始形成雨滴的半径。 （2）每一雨滴中所含水的分子数。 答：（1）根据Kelvin 公式有 '2ln 0R RT M P P ργ= 开始形成的雨滴半径为： 0ln 2'p p RT M R ργ= 将数据代入得：
m R 101079.74ln 997293314.8018.007288.02'-?=?????= （2）每一雨滴中所含水的分子数为N=N A n ，n=m/M=rV/M ，得 个661002.6018.03997)1079.7(14.34)(34233103'=???????===-A A N M R N M V N ρπρ 3、在293k 时，把半径为1.0mm 的水滴分散成半径为1.0μm 的小水滴，试计算（已知293K 时水的表面Gibbs 自由为0.07288J .m -2）（1）表面积是原来的多少倍？（2）表面Gibbs 自由能增加了多少？（9分） 答：（1）设大水滴的表面积为A 1，小水滴的总表面积为A 2，则小水滴数位N ，大 水滴半径为r 1,小水滴半径为r 2。 21221244r r N A A ππ= 又因为将大水滴分散成N 小水滴，则 32313434r N r ππ= 推出 3 21???? ??=r r N =93100.1mm 0.1=??? ??um 故有 ()()10000.140.141022 912=???=mm um A A ππ 即表面积是原来的1000倍。 （2）表面Gibbs 自由能的增加量为 ()()212212421r Nr r A A dAs G A A -=-==??πγγ =4*3.142*0.07288*[109*（10-6）2-（10-3）2]
固液界面的吸附
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实验四 固液界面上的吸附 一．实验目的 １. 了解固体吸附剂在溶液中的吸附特点。 2. 做出在水溶液中用活性炭吸附醋酸的吸附等温线,求出Freu ｎd ｌic ｈ等温式中的经验常数。 ３. 通过测定活性炭在醋酸溶液中的吸附,验证弗伦特立希（Ｆreund ｌich)吸附等温式对此体系的适用性。 二、实验原理 (一)计算依据： 当一溶液与不溶性固体接触时,固体表面上溶液的成分常与体相溶液内部的不同,即在固-液界面发生了吸附作用。由于溶液中各组分被固体吸附的程度不同，吸附前后溶液各组分的浓度将发生变化，根据这种变化可计算出吸附量。 Γ=Ｖ(C 0－C)／m (1） 式中:m ——吸附剂的质量(g) Ｃ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度(1 -?L mol ) Ｃ０——被吸附物质的初始浓度(1 -?L mol ) V ——所用溶液的总体积(L ） 在 Ｖ 、C ０ 、m 已知的情况下,Γ和C 的关系如何呢? 活性炭是一种高分散的多孔性吸附剂，在一定温度下,它在中等浓度溶液中的吸附量 与溶质平衡浓度的关系，可用Freun ｄlich 吸附等温式表示:Γ＝n kC m x 1 = （2) 式中：m ——吸附剂的质量（g ） x ——吸附平衡时吸附质被吸附的量(mo ｌ） m x ——平衡吸附量(1-?g mol )
Ｃ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（1 -?L mol ） ｋ、n ——经验常数(与吸附剂、吸附质的性质和温度有关）。将式（２）取对数,得 k C n m x lg lg 1 lg += (3) 以m x lg 对c lg 作图，可得一条直线，直线的斜率等于n 1，截距等于k lg ，由此可求得n 和 ｋ。 （二)本实验操作原理: 本次实验是在活性炭—醋酸体系中，验证Freu ｎdl ｉｃh 吸附等温式的适用性，并求出经验常数n 和ｋ: Na ＯH+ＨAc ＝=ＮaAc+Ｈ2O 根据这个中和反应，计量滴定所用的NaOH 的量，可知ＨAc 的浓度c ，再根据 (1)式计算Γ值，即可作图。 三、仪器试剂 仪器:15０ｍl 磨口具塞锥型瓶６个，１50ml 锥型瓶６个,长颈漏斗6个，称量瓶1个,50ml 酸式、碱式滴定管各1支，5m ｌ移液管1支,10ml 移液管２支,25ｍl 移液管3支，电子天平1台,恒温振荡器1套,定性滤纸若干。 试剂:活性炭(2０～40目,比表面３00~4０0ｍ２ ／ｇ)，0.41-?L mol HAc 溶液,0.10０01 -?L mol ＮaOH 标准溶液，酚酞指示剂。 四、实验步骤 1． 打开恒温振荡器的开关,预热10分钟，调节温度为25℃。 2. 将6个干净的磨口具塞锥型瓶编号,并各称入1．0克活性炭。 ３． 用移液管按下表分别加入0．４1 -?L mol HA ｃ和蒸馏水,并立即盖上塞子，置于25℃恒温振荡器中,调节好速度，摇荡一小时。 ４． 从各号瓶中按下表所规定的平衡取样量V 取样,放入１~6标号的小锥形瓶中,各加入５滴酚酞指示剂，用N ａOH 标准溶液各滴定两次(滴至粉红色刚好不褪去)，碱量取平均值记入下表。 ５. 用过的活性炭回收于托盘中，清洗仪器,关闭电源,整理实验台。 五、数据记录及处理 1. 将实验数据记入表,计算吸附前各瓶中醋酸的初浓度Ｃ０和吸附平衡时的浓度C,并按(１）
实验四固液界面上的吸附 1. 了解固体吸附剂在溶液中的吸附特点。 2. 做出在水溶液中用活性炭吸附醋酸的吸附等温线，求出Freundlich等温式中的经验常数。 3. 通过测定活性炭在醋酸溶液中的吸附，验证弗伦特立希（Freundlich ）吸附等温式对此体系的适用性。 二、实验原理 （一）计算依据： 当一溶液与不溶性固体接触时，固体表面上溶液的成分常与体相溶液内部的不同，即在固-液界面发生了吸附作用。由于溶液中各组分被固体吸附的程度不同，吸附前后溶液各组分的浓度将发生变化，根据这种变化可计算出吸附量。 r =V （C0-C）/m ⑴ 式中：m 吸附剂的质量（g） C――吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（mol I，） C0――被吸附物质的初始浓度（mol丄‘） V ――所用溶液的总体积（L） 在V、C O、m已知的情况下，r和C的关系如何呢？ 活性炭是一种高分散的多孔性吸附剂，在一定温度下，它在中等浓度溶液中的吸附量与 1 x — 溶质平衡浓度的关系，可用Freundlich吸附等温式表示：r = kC n m ⑵ 式中：m 吸附剂的质量（g） x ----- 吸附平衡时吸附质被吸附的量（mol） ---- 平衡吸附量（mol g '）
m C――吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（mol L^ ） k、n――经验常数（与吸附剂、吸附质的性质和温度有关）。将式（2）取对数，得 x 1 lg lg C lg k （3） m n x 1 以lg 对lg c作图，可得一条直线，直线的斜率等于，截距等于lgk，由此可求得n和m n k。 （二）本实验操作原理： 本次实验是在活性炭一醋酸体系中，验证Freundlich吸附等温式的适用性，并求出经验常数n 和k： NaOH+HAc==NaAc+H2O 根据这个中和反应，计量滴定所用的NaOH的量，可知HAc的浓度c,再根据（1）式计 算r值，即可作图。 三、仪器试剂 仪器：150ml磨口具塞锥型瓶6个，150ml锥型瓶6个，长颈漏斗6个，称量瓶1个，50ml 酸式、碱式滴定管各1支，5ml移液管1支，10ml移液管2支，25ml移液管3支，电子天平1台，恒温振荡器1套，定性滤纸若干。 试剂：活性炭（20?40目，比表面300?400m2/g） , 0.4 mol I* HAc溶液， 0.1000 mol L NaOH标准溶液，酚酞指示剂。 四、实验步骤 l. 打开恒温振荡器的开关，预热10分钟，调节温度为25 C。 2. 将6个干净的磨口具塞锥型瓶编号，并各称入 1.0克活性炭。 3. 用移液管按下表分别加入0.4mol L 4HAc和蒸馏水，并立即盖上塞子，置于25C恒温振 荡器中，调节好速度，摇荡一小时。 4. 从各号瓶中按下表所规定的平衡取样量V取样，放入1~6标号的小锥形瓶中，各加入5 滴酚酞指示剂，用NaOH标准溶液各滴定两次（滴至粉红色刚好不褪去），碱量取平均值记 入下表。 5. 用过的活性炭回收于托盘中，清洗仪器，关闭电源，整理实验台。
第四章材料的表面与界面 4-1 什么叫表面张力和表面能？在固态下和液态下这两者有何差别？ 4-2 在晶体中，不同的结晶面上，表面上原子的密度住往是不一样的（见无机材料物理化学表6-1）。你认为原子密度大的晶面的表面能大呢？还是密度小的大？试解释之。 4-3 一般说来，同一种物质，其固体的表面能要比液体的表面能大，试说明原因。 4-4 什么叫吸附、粘附？当用焊锡来焊接铜丝时，手用挫刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象。 4-5 为什么在实际晶体中，不存在理想晶体所设想的完整平面？至少也会有相当于螺形位错的柏氏矢量大小的台阶。 4-6 试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因。 4-7 （a）什么叫弯曲表面的附加压力：其正负根据什么划分？ 的曲面附加压力？（b）设表面张力为900尔格／厘米2，计算曲率半径为0.5m 4-8 真空中Al2O3的表面张力约为900尔格／厘米2，液态铁的表面张力为1720尔格/厘米2，同样条件下，界面张力（液态铁－氧化铝）约为2300尔格/厘米2。问接触角有多大？液态铁能否润湿氧化铝？ 4-9 表面张力为500尔格/厘米2的某液态硅酸盐与某种多晶氧化物表面相接触，接触角θ=450；若与此氧化物混合，则在三晶粒交界处，形成液态小球，二面角ψ平均为900，假如没有液态硅酸盐时，氧化物－氧化物界面的界面张力为1000达因/厘米，试计算氧化物的表面张力。 4-10 MgO－Al2O3－SiO2系统的低共熔物，放在Si3N4脚瓷片上，在低共熔温度下，液相的表面张力为900尔格/厘米2，液体与固体的界面能为600尔格/厘米2，测得接触角为70.520。 （1）求Si3N4的表面张力。 （2）把Si3N4在低共熔温度下进行热处理，测得其腐蚀的槽角为123.750，求Si3N4晶界能。 （3）如果把20％的低共熔物与Si3N4粉末混合，加热到低共熔温度下，试画出低共熔物与Si3N4混合组成的陶瓷显徽结构示意图。 4-11 氟化锂晶体经多边形化、抛光和腐蚀后，观察到沿某一直线的位错腐蚀坑的间距为10微米，在外加剪应力作用下观察到小角度晶界垂直于晶界平面移动，为什么会发生这种现象？若柏氏矢量为2.83?，穿过晶界的倾斜角是多少？ 4-12 在高温将某金属熔于Al2O3片上。 （a）若Al2O3的表面能估计为1000尔格/厘米2，此熔融金属的表面能也与之
固液界面吸附实验报告 物理化学实验报告 姓名: 学号: 活性炭在醋酸水溶液中对醋酸的吸附 一、实验目的 1、了解固体吸附剂在溶液重点吸附特点。 2、通过测定活性炭在醋酸溶液中的吸附，验证弗劳因特立希(Freundlich)吸附等温式。 3、作出在水溶液中用活性炭吸附醋酸的吸附等温式，求等温式中的经验常数。二、实验原理 固液界面吸附分为分子吸附和离子吸附。分子吸附就是非电解质及弱电解质中的吸附;而离子吸附是指强电介质溶液中的吸附。通常，把被吸附的物质称为吸附质，把具有吸附作用的物质称为吸附剂。充当吸附剂的物质一般都是多孔性的，也就是具有较大的比表面吉布斯函数。本实验采用活性炭作为吸附剂，在一定温度下，根据弗劳因特立希(Freundlich)吸附等温式，研究活性炭在中等醋酸溶液中的吸附情况: 1xn,ke m x衡时，吸附质被吸附的物质的量(mol);为式中m为吸附剂的质量(g);为吸附平xm-1-1平衡吸附量(mol?g);c为吸附平衡时吸附质在溶液中的浓度(mol?L);k和n是与吸附质、吸附剂及温度有关的常数。 对上式两边取对数: x1lg,lgc，lgk mn
xlg以对作图，得到一条直线，根据直线斜率和截距，就可以求出n和k。lgcm 【实验试剂和仪器】 三、实验仪器试剂: 振荡器1台;磨口具塞锥形瓶6个;锥形瓶6个;长颈漏斗6个;电子天平1台(0.01)移液管1支(25mL);移液管2支(10mL);移液管1支(5mL);酸式滴定管1支;碱式滴定管1支; -1HAc溶-1NaOH粉末活性炭;0.4 mol?L液;0.1000 mol?L标准溶液;定性滤纸若干; 四、实验步骤 1 取6个干洁的具塞锥形瓶并编号，用电子天平准确称量2. 0g活性炭分别倒入锥形瓶。 -1HAc和然后按表1-1分别用酸式滴定管和碱式滴定管加入0.4mol?L蒸馏水，并立即用塞子盖上，置于25?恒温振荡器中振荡1小时。 2 滤去活性炭，用锥形瓶接收滤液。如果锥形瓶内有水，可用初滤液10mL分两次洗涤弃去。 3 按下表要求，从相应锥形瓶中用移液管取规定体积的样液，以酚酞作指示剂，用 -1的标准N0.1000 mol?LaOH滴定两次，碱量平均值记录在表中。 物理化学实验报告 五、实验数据及其结果 1、将实验数据记录在下表中。 2、计算吸附前醋酸的初始浓度和吸附平衡时的浓度。并根据下面公式计算平衡cc0 x吸附量: m
《材料表面与界面》课程简介 课程编号：02024915 课程名称：材料表面与界面/Material surface and interface 学分:2 学时：32 （实验：上机：课外实践：） 适用专业：无机非金属材料工程 建议修读学期：第6学期 开课单位：材料科学与工程学院无机非金属材料系 课程负责人：张毅 先修课程：物理化学、材料科学基础 考核方式与成绩评定标准：闭卷考试, 期末考试成绩70%，平时成绩30% 教材与主要参考书目： 教材：胡福增主编.材料表面与界面[M]. 上海：华东理工大学出版社, 2008. 参考书目 [1] 王兆华主编. 材料表面工程[M]. 北京：化学工业出版社, 2011. [2] 赵亚溥主编. 表面与界面物理力学[M]. 北京：科学出版社, 2012. [3] 腾新荣主编. 表面物理化学[M]. 北京：化学工业出版社, 2009. [4] 赵振国主编. 应用胶体与界面化学[M]. 北京：化学工业出版社, 2008. 内容概述： 材料的表界面在材料科学中占有重要的地位。材料表面与界面无机非金属材料工程专业的专业选修课。通过本课程的学习，使学生掌握材料表面与界面的基本概念、基本理论和基本研究方法，为今后在工作中打下有关材料研究和材料表面改性的理论基础。 The surface interface of materials plays an important role in material science. “Material surface and interface”is a specialized optional course of inorganic non-metallic materials specialty. The course mainly introduces the material surface basic concepts, basic theory and basic research methods of the interface. The study of this course is to lay the theoretical foundation for the study of materials and surface modification of materials in the future. 1
第五节表面活性剂在固/液界面上的吸附 一、表面活性剂在固/液界面吸附的机理 在浓度不大的水溶液中，一般认为表面活性剂在固体表面的吸附是以单个表面活性剂的离子或分子进行的。吸附可能以下述一些方式进行。 (一)离子交换吸附 吸附于固体表面的反离子被同电性的表面活性剂的离子取代。 （二）离子对吸附 表面活性剂离子吸附于具有相反电荷的、未被离子所占据的固体表面位置上。 （三）氢键形成吸附 表面活性剂分子或离子与固体表面极性基团形成氢键而吸附。 (四)π电子极化吸附 吸附质分子中含有富于电子的芳香核时，与吸附剂表面的强正电性位置相互吸引而发生吸附。 （五）London引力（色散力）吸附
吸附作用随吸附质分子增大而增加，而且在任何场合皆发生。所有吸附类型中皆存在，可作为其它吸附的补充。此种吸附机理可以说明表面活性剂离子在离子交换吸附中取代同电性无机离子的原因。 （六）憎水作用吸附 表面活性剂亲油基在水介质中易于相互联结形成“憎水链”，具有逃离水的趋势，当浓度增大到一定程度时，有可能与吸附在表面的其它表面活性剂分子聚集而吸附，或以聚集状态吸附于表面。 二、表面活性剂溶液的吸附等温线 表面活性剂在固体表面上的吸附等温线有以下三种： （一）Langmuir 型吸附等温线 例如表面活性剂C 16H 33 N(CH 3 ) 3 Br在炭黑上的吸附，如图9-12。 平衡浓度/m mol/L 图9-12 C 16H 33 N（CH 3 ） 3 Br在炭黑上的吸附 可用Langmuir公式表示：（9-12）
式中，n 2S ——表面活性剂在固体表面吸附量；n m S ——表面单分子饱和吸附量； a ——常数；C ——表面活性剂溶液浓度。 将（9-12）式直线化得： （9-13） 或将（9-12）式变为： （9-14） 根据（9-13）式以1/n 2S 对1/C 作图，直线斜率=a/n m S ，截距=1/n m S ，可求得n m S 和a 值。同理根据（9-14）式以C/n 2S 对C 作图可求出n m S 和a 值。 （二）“台阶”型吸附等温线 例如表面活性剂在氧化铝表面上的吸附量呈台阶型吸附等温线，如图9-14。 平衡浓度/m mol/L 图9-13 表面活性剂在氧化铝上的吸附 （三）S 型吸附等温线 吸附等温线是由三部分组成如图9-14。第一区域：是十二烷基磺酸阴离子和用来调节离子强度的氯化钠的氯离子进行竞争吸附。产生吸附的地方是氧化铝粒子周围的双电层的扩散层部分。因此在这个区域中ζ电位的变化几乎看不出来。同时这种吸附只是离子交换，所以吸附等温线的斜率也近似等于1。
材料表面与界面调研报告题目:航空用铝合金表面研究 班级:材料化学12-2 学号:1209020208 姓名:宫宝昌 教师:李丽波 哈尔滨理工大学化学与环境工程学院 2014年10月8日
摘要 全面介绍了国内外铝合金在建筑"汽车"航空航天等行业的应用及研究进展，主要阐述了航空航天领域结构胶接在国内外的发展状况"胶接用铝合金表面处理方法的目的"表面处理的机理及分类"影响表面处理质量的工艺参数"现代表面分析技术等#并对近年来国内外应用最广"技术最成熟的磷酸阳极化表面处理技术的应用及优缺点进行了分析，并展望了该领域研究的发展趋势
目录 摘要...................................................................................................................... I 目录............................................................................................................ IV 第1章绪论.. (1) 1.1 意义目的 (1) 1.1.1 铝合金特性简介 (1) 1.1.2 铝合金表面常用的处理方法 (1) 1.1.3 铝基复合材料 (2) 1.1.4 超塑性成型铝合金 (2) 1.1.5 铝锂合金 (3) 第2章铝合金表面氧化现象研究 (5) 2.1.1 表面预处理 (5) 2.1.2阳极化处理 (6) 2.1.3阳极氧化膜生成一般原理 (7) 2.2阳极氧化的种类 (7) 2.3阳极氧化膜结构、性质 (8) 第3章铝合金阳极氧化缺陷 (9) 3.1铝合金阳极氧化缺陷 (9) 3.1.1酸或碱浸蚀 (9) 3.1.2 大气腐蚀 (9) 3.1.3 纸腐蚀(水斑) (10) 3.1.4氧化烧损(烧焦) (10) 3.1.5 粉化 (10) 3.1.6 黑斑(又称热斑或软斑) (10) 总结 (12)
第五章 固-液界面 要求：掌握Young 方程和接触角；了解粘附功和内聚能，Young-Dupre 公式，接触角的测定方法，接触角的滞后现象，以及固体表面的润湿过程；理解固液界面的电性质，即扩散双电层理论，包括:Gouy-Chapman 理论，Debye-Hukel 对Gouy-Chapman 公式的近似处理，Stern 对Gouy-Chapman 和Debye-Hukel 理论的发展；理解动电现象，平面双电层之间的相互作用，球状颗粒之间的相互作用；掌握新相形成，即成核理论，以及促进成核的方法。 § Young 方程和接触角 1、固体表面的润湿 固体被某种液体润湿或不能润湿，叫亲某种液体或疏（憎）某种液体，例如：亲水性（疏油性，疏气性）；亲油性（亲气性，疏水性）。 根据水对固体表面的亲、疏性大小，水滴在固体表面，会出现如图5-1 所示 三种情况。 2、润湿性的度量——润湿接触角θ 三相接触周边：液滴在固体表面，会存在固液气三相接触线，将液滴在固体表面铺展平衡时的固液气三相接触线叫三相平衡接触周边。 平衡接触角或接触角θ：三相平衡周边任意一点上的液气界面张力lg σ和液固界面张力ls σ之间的夹角，叫润湿接触角θ，如图5-2所示。
图5-2 润湿接触角示意图
接触角θ可定量描述固体被液体润湿的大小，接触角越小，润湿性越好，接触角越大，润湿性越差。一般分下面三种情况： （1）θ< 90o 时：被润湿，润湿过程对外做功，有放热现象； （2）θ= 90o 时：中等，无现象； （3）θ> 90o 时: 不被润湿，外界对系统做功，有吸热现象。 3、Young 方程 如图5-2 所示，润湿周边任意一点上，当润湿达平衡时，其在水平方向上的受力合力应为零，则应有： 0cos lg =-+sg ls σθσσ θσσσcos lg +=ls sg （5-1） 上述方程即为Young 方程，它是研究固液润湿作用的基础方程。 § 粘附功和内聚能 设有α，β两相，其相界面张力为αβσ，如图5-3所示，在外力作用下分离 为
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 固液界面上发生的化学反应与化学吸附的区别 浮选过程中所发生的界面现象十分复杂，除了物理吸附、润湿现象、吸 附现象、电现象外，在矿粒表面及矿浆内部还发生各种化学吸附和化学反应。 如何区别化学反应与化学吸附呢？由于固体和液体间的化学反应先从矿粒表面 开始，所以可以认为，表面吸附是化学反应的前提，化学反应是化学吸附的继 续，但化学吸附与化学反应的作用力都是化学键。化学吸附在药剂浓度较低时 发生，而且吸附后不形成新的化合物，不破坏固相原来的晶格。而化学反应一 般在药剂浓度较高时才能发生，并往往破坏固相表面原来的晶格，产生晶格质 点重排的现象。如硫离子S2-在白铅矿表面发生的化学反应：界面界面PbCO3]PbCO3+S2-→PbCO3]PbS↓+CO22-内部表面内部表面（反应后）在白铅矿表面生成PbS 的薄膜，是由于S2-浓度和Pb2+浓度的乘积大于PbS 在 水中的溶度积之故。反应中，开始生成的PbS 的表面化合物极薄，后来白铅矿 表面附近晶格中的CO32-继续被S2-置换，逐渐形成有一定厚度的PbS 薄膜。 此时，白铅矿的晶格被破坏，产生了硫化铅的新晶格。当然，药剂在矿物表 面作用的形式很多，在不同条件下，有着不同的作用形式。例如，油酸与铁矿 物的作用，如果药剂的浓度低，当pH 值又有利于药剂解离成离子时，则发生 单个粒子吸附，否则发生分子吸附。药剂的浓度高时，发生半胶束吸附。由于 矿粒表面的不均匀性，在表面不同部位的残留键力也有较大差别。化学吸附一 般多在化学性质活泼的活性中心发生，因此，药剂在矿物表面上的吸附其分布 往往是不均匀的。药剂在矿粒表面的作用往往有不同称谓，例如黄药阴离子 在方铅矿表面吸附，可称为化学吸附，离子吸附或单层吸附，有时亦称为化学 反应。在有的情况下，只能发生化学吸附，而不能进行化学反应。例如，将 硫酸钡置于稀的月桂酸钠溶液中，由于月桂酸钡比硫酸钡更容易溶解，事实上
第五章固－液界面5.1 润湿作用（4学时） 5.1.1 润湿过程 5.1.2 接触角与润湿方程 5.1.3 接触角的测量 5.1.4 影响接触角的因素 5.1.5 表面活性剂对润湿的影响 5.2 固液界面的吸附作用（4学时） 5.2.1 固液界面吸附的特点 5.2.2 自浓溶液中的吸附 5.2.3 自稀溶液中的吸附 5.2.4 自电解质溶液中的吸附 5.3 大分子的吸附（1学时） 5.3.1 吸附等温式 5.3.2 生物大分子和聚合物的吸附 5.4 表面活性剂在固液界面上的吸附（1学时）
5.1 润湿作用 5.1.1 液体在固体表面的润湿作用 润湿（wetting）是指在固体表面上一种液体取代另一种与之不相混溶的流体的过程。润湿过程可分为三类： 沾湿（adhesion） 浸湿（immersions） 铺展（spreading ） （1）沾湿：液体与固体由不接触到接触，变液气界面和固气界面为固液界面的过程 Wa = γlg +γsg - γsl Wa : 粘附功>0 自发 （2）浸湿：固体浸入液体的过程。（洗衣时泡衣服）固气界面为固液界面替代。-?G = γsg - γsl = Wt Wt: 浸润功>0 自发 （3）铺展：以固液界面取代固气界面同时，液体表面扩展的过程。 铺展系数S = γsg -(γlg + γsl) ≥ 0 时自发
小结： （1）无论哪一种润湿都是界面现象，其过程实质都是界面性质 及界面能量的变化 （2）对比三者发生的条件 沾湿： Wa = γlg +γsg - γsl≥ 0 浸湿： γsg - γsl ≥ 0 铺展： S = γsg -(γlg + γsl) ≥ 0 （3）固气和固液界面能对体系的三种润湿作用的贡献是一致的。 5.1.2 接触角与润湿方程 将液体滴于固体表面上，液体或铺展或覆盖于表面，或形成一液滴停于其上，此时在三相交界处，自固液界面经液体内部到气液界面的夹角就叫做接触角。 Yang 方程： γsg - γsl ＝ γlgcosθ Wa = γlg(cosθ + 1) ≥ 0 θ≤ 180 沾湿 A = Wt = γlgcosθ ≥ 0 θ≤ 90 浸湿 S = γlg(cosθ -1) = 0 θ= 0 铺展 习惯上将θ =90° 定义润湿与否标准 5.1.3 接触角的测量 （一）角度测量法（量角法） (1) 切线法 (2) 斜板法 γLG θ γSG γSL
界面吸附在污水处理方面的应用 界面是指凝聚相与其他相间的交界面。界面上的分子与体相内部的分子所处的环境不同，分子间的相互作用也不相同。以气液界面为例，液 体内部的分子，周围分子对它的作用力是相等的，彼此可以相互抵消，分子所受合力为零。处于表面层位置的分子，周围分子作用力范围上部在气相中，下部在液相申。由于气相分子密度和相互作用比液相小得多，所以界面分子受到的合力不等于零，而是指向液体内部。一般地说，界面上的分子受到一个垂直于界面、指向体相内部的合力，使其有被拉人体相内部的倾向。这种倾向在宏观上表现出有一个与界面平行，并力图使界面收缩的张力。单位长度上的张力称为界面张力，用符号σ表示，单位N/m。习惯上将气液、气固界面张力称为该液体和固体的表面张力。任何界面都不是一个单纯的几何面而是两体相间的过渡区域，一般有几个分子的厚度，称为界面相。 通常热力学讨论的体系往往忽略界面部分，而界面热力学研究的着眼点恰恰是界面，因此选定的热力学体系应是由界面相和相邻两体相构成的不均匀的多相体系。 近年来，环保科学工作者对农林废弃物的研究利用越来越多。大量研究表明，锯末无论是否经过预处理对重金属的去除均有显著的效果。它具有以下特性：(1)成本低，可回收重金属和能量；(2)细胞的毛细管结构使其具有高的表面积(多孔性)；(3)有较高化学活性，易产生吸附高浓度的金属离子的活性基团，更容易化学改性；(4)比纤维材料更加容易交联，不易溶于水。我国农林废弃物资源十分丰富，应用天然及改性锯末开发废水处理新材料。无疑是解决我国废水处理的一条可行之路。目前研究多用农林废弃锯末如橡胶树、芒果树、枫树和松树等锯末以及家具厂的剩余锯末。笔者介绍了锯末处理不同类型重金属废水的研究现状，讨论了不同方法的应用。分析了锯末的吸附机理和影响因素。 S．Larous等研究了用未经预处理的家具厂剩余木屑处理含铜废水的吸附等温线。分析了锯末投加量、含铜水溶液浓度、接触时间、搅拌速度、溶液pH、
接触角铺展粉体润湿性仿生学历史今天润湿应用举例一、液体对固体的润湿作用 润湿的概念： 液体与固体接触时发生的一种界面现象 热力学--定温、定压下，液体与固体接触后若能量降低，则为润湿（固-液接触,润湿一定发生） 润湿问题反映液体表面与固体表面的亲合程度. 水表面－玻璃表面，称润湿汞表面－玻璃表面，称不润湿 (The moist (wet) of liquid on solids)§3－4 固－液界面(Solid-liquid interface ) 接触角铺展粉体润湿性仿生学历史今天润湿应用举例 l-g s-g A A l s s-l A l s G G 值越负，则润湿程度越大 G ＝A s-l －(A l-g + A s-g ) G /m 2＝ s-l －( l-g + s-g )记作问题： s-l 和 s-g 难于准确测定 润湿程度(Moist degree)： 可用以下过程的 G 表示 接触角铺展粉体润湿性仿生学历史今天润湿应用举例 l l s s s-l s-l l-g l-g s-g s-g ：接触角Contact angle ，0o ≤ ＜180o G /m 2＝ s-l －( l-g + s-g ) s-g = l-g cos + s-l Young 方程 得： G /m 2＝- l-g (1 + cos ) 接触角(Contact angle)： 定义 当液滴在固体表面达流动平衡时 代入公式：接触角铺展粉体润湿性仿生学历史今天润湿应用举例 G /m 2＝- l-g (1 + cos ) G ～ 关系： 0sin d d g l G 即单调关系： G ↑ ↑， G ↓ ↓ < 90o 称润湿 > 90o 称不润湿 = 0o 称完全润湿 接触角： 润湿性判据 接触角铺展粉体润湿性仿生学历史今天润湿应用举例二、液体在固体表面上的铺展 A s G 不铺展 铺展 铺展的定义： 铺展过程：一个表面(s-g)消失，两个新 界面(l-g 和s-l)形成 (Spread of liquid on solid surface) 接触角铺展粉体润湿性仿生学历史今天润湿应用举例 若 G <0，则铺展若 G ≥0，则不铺展 ∴ G ＝ l-g A + s-l A － s-g A 即 G /m 2＝ l-g + s-l － s-g < 0 则铺展≥ 0 则不铺展 润湿与铺展问题的区别，处理方法的共性及普遍意义： 毛细现象及液体表面张力的测定方法