第1章思考题
1、胶体界面科学定义？
胶体界面科学：在原子或分子尺度上探讨两相界面上发生的化学过程以及化学过程前驱的一些物理过程。
2、何谓表面，界面？两者区别？
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。
3、第一个提出胶体概念的人是谁？
英国Graham格雷汉姆
4、使胶体化学成为独立科学的是谁？
德国Ostwald奥斯瓦尔德
5、胶体界面化学未来发展？
无论是金属材料、无机非金属材料还是高分子材料，表、界面对材料的性能都起着重要的作用。可以预见，随着表、界面科学研究的深入，材料的性能将不断得到改进，材料的应用领域将不断扩展，材料表、界面的理论也将不断丰富、发展。
6、结合本学科特点谈谈与胶体界面化学的关系。
在现实生活中，表面与界面现象无处不在。首先，表面活性剂材料可以制造肥皂和洗涤剂、乳化剂和稳定剂、除草剂和杀虫剂、织物软化剂等产品，使我们的生活更加便捷。其次，表界面现象可以直接应用于润滑、粘接、湿润和防水等。而且，表界面原理还可以用于天然和合成材料的纯化或改性，如三次采油、制糖、烧结等。此外，人体的一些生理现象，如呼吸、关节润滑、液体运输中得毛细现象等也与表界面化学息息相关。总之，无论是人类的生活生产还是科技的发展都离不开胶体界面化学。
第2章思考题
1、何为表面张力，比表面能，比表面吉布斯函数？三者关系如何？
表面张力（百度解释）是指液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界面上的张力，单位是N/m。（物化解释）表面张力是指引起液体表面收缩的单位长度上的力，指向液体方向并与表面相切。
比表面能是温度、压力不变条件下，系统增加单位面积时环境需对系统做的可逆功，单位是J/m2。
比表面吉布斯函数是恒温、恒压条件下系统增加单位面积时系统的吉布斯自由能增量，单位是J/m2。三者相等。
2、引起小颗粒(小气泡，小液滴等)物质各种表面效应(附加压力，毛细现象和介稳现象等)的最根本的物理量是什麽？
表面张力、半径。
3、活性炭，活性氧化铝，活性铅…..等各种“活性”物质中的“活性”的含义是什麽？他们与普通的碳，氧化铝，铅有什麽区别？表面活性剂的“活性”与此有何不同？
高表面张力、高比表面能、高比表面、高化学反应活性、高吸附量；“活性”物质具有高度的化学活泼性，高吸附量和纳米材料的各种优异性质。表面活性剂的活性是指加入少量物质就可以使水的表面张力显著降低。
4、溶液表面吸量的定义是什麽，为何称为表面过剩量？
在单位面积的表面层中，所含溶质的物质的量与具有相同数量溶剂本体溶液中所含物质的量的差值。因为是单位表面层与溶剂本体中所含物质的差值，所以又称为表面过剩量。
5、表面张力测定有哪些方法?各有何特点?
滴重法，是一种既精确又方便的方法，它既可测定气—液表面张力，有可测定液—液表面张力。毛细管法，准确，其实验条件比较简单，数据容易测准。最大压气泡法，精度高、准确，
要求毛细管很细。脱环法、吊片法和悬滴法。
第3章思考题
1、固体表面有哪些特性?
固体表面分子原子的受束缚性；表面的不均匀性；表面层分子与内部分子受力的不对称性；发生表面吸附。
2、分别对于液体和固体而言,它们的表面自由能,表面张力与表面应力之间有何关系?
液体：表面自由能=表面张力=表面应力τ=Gs=σ
固体：表面张力=表面应力=表面自由能的贡献+表面积改变引起表面能变化的贡献τ=σ=Gs+A(dGs/dA)T.P
3、液体表面张力测定有哪些方法?特点?固体比表面自由能有哪些方法,存在什么不足?
固体：劈裂功法、溶解热法、熔融外推法、接触角法。不同的方法测出的同一固体的表面能可以相差很大。
4、固体吸附有哪几种方程？国际上标准的测定比表面方法是依据哪个方程?
四种。朗格缪尔吸附等温式、耶罗维奇吸附速率式和焦姆金吸附等温式、管孝男吸附速率式和弗利德里希吸附平衡式、BET吸附等温式。
国际标准BET
5、何为吸附滞后圈现象?
吸附曲线与脱附曲线形成的不重合的曲线的环，因为随着压力的下降，吸附量没有随之下降。不同的滞后圈形状对应不同的孔道结构。
6、吸附势与气体压力什么关系?
当吸附温度T远低于吸附质气体温度的临界温度Tc时，吸附膜为液态；当T略低于Tc时，吸附膜为液态和压缩气态混合物；当T大于Tc时，吸附膜为压缩气态。
7、何为微孔填充,那些吸附的机制是微孔填充机制?
由于微孔孔壁势能场的叠加，大大加大了固体表面与吸附质分子的作用力，从而在极低压力下，就可有大的吸附量，并直到微孔全部填满。如分子筛
8、分子筛组成如何,有何特性？最主要的特点是什麽?
M x[Al k Si m O n]·yH2O属于晶体，有微孔孔道。特性：比表面大、活性高，耐热性好、耐水性好，择型选择性，再生性好、交换性好，吸水性好。最主要的特点是比表面大、活性高。9、气体吸附有何应用?
固体比表面测定；孔径及孔径分布测定；气体吸附-色谱法分析的基础；气体的提取与去除；气体吸附是多项催化反应的主要步骤。
第4章思考题
1、杨氏(Young)方程成立的条件是什麽？
液滴足够小，重力可忽略；不考虑分子间作用力。即均匀表面和固液间无特殊作用的三个表面张力平衡状态。
2、Young---Dupre公式反应了哪些量之间的关系？
固-液之间的黏附功（W SL）与接触角和液-固表面张力的关系。
3、接触角测定有哪些方法？
角度测量法
停滴法
吊片法
电子天平法
4、何为接触角滞后现象？产生的条件？
液固界面取代气固界面与气固界面取代液固界面后形成的接触角不等的现象即为触角滞后现象。表面不均匀时，滴加液体，接触较大，称为前进角；移出液体，接触角小，称为后退角。
条件：表面不均匀，表面粗糙度，表面污染。
5、何为高能表面，低能表面？σC的物理意义是什麽？
高能表面：表面张力大，在几百--几千mN/m之间，如金属及其氧化物、硫化物、无机盐的表面。
低能表面：表面张力小，在25—100mN/m，如有机物与高聚物的表面。
临界表面张力
6、何为动润湿与动接触？涂布时应注意什么？
7、固液吸附的特点如何？影响因素主要有哪些？
不可能有空白表面，存在竞争吸附；表面吸附量T=V(c0,i-c i)/m;时间长，需搅拌、震荡超声波；溶质溶剂吸附剂中的杂志影响敏感度。
8、固固界面结合有哪几种作用？
有化学键合分子力作用
9、σd, σp的意义是什麽?
色散力的贡献；极性相互作用的贡献
10、液液界面的张力有哪几种理论，那个比较完善？
Antonoff理论；Good-Girifalco理论；Fowkes的σd理论；Fowkes的酸碱理论。其中Fowkes 的酸碱理论比较完善，它不仅考虑了分子间作用力，而且考虑了氢键
第5章思考题
1、表面活性的分类？
离子型表面活性剂；非离子型表面活性剂；特殊表面活性剂
2、表面活性的结构特征？
两亲结构;非极性亲油集团、极性亲水集团
3、表面活性的性质？有哪些直接作用？
性质：降低表面张力；定向排列；表面吸附；生成胶束
直接作用：增溶作用、乳化作用、发泡作用、润湿作用、洗涤作用、分散作用。
4、何为CMC？加溶作用？与助溶作用和乳状液的区别？
临界胶束浓度
水溶液中表面活性剂的存在能使难溶于水的有机化合物的表观溶解度明显高于它在纯水中的溶解度称为加溶作用。
助溶作用是加入少量有机溶剂可使有机物在水中的溶解度变大增加，而乳状液是一种或几种液体以大于10-7m的液珠分散在另一不相混溶的液体之间形成的粗分散体系。
5、何为乳状液？
乳状液是一种或几种液体以大于10-7m的液珠分散在另一不相混溶的液体之间形成的粗分散体系。
6、何为HLB？何为其加合性？
亲水-亲油平衡值。指混合表面活性剂的HLB可通过单一物质的HLB加合得到。
7、微乳状液与乳状液、胶束在大小，相态和稳定性上的异同？
胶束单相1——几十nm 稳定性最高
乳状液多相>0.1um 稳定性较低
微乳状液多相几十——几百nm 稳定性极高
8、如何得到稳定的泡沫？
加入稳泡剂，如在洗涤剂水溶液中加入甘油或糖稀可到稳定的泡沫。
9、何为双子表面活性剂？结构特征和性能有何突出特点？
两性表面活性剂，同时具有可电离的阳离子、阴离子。具有依次连接长碳链、离子基、联接集团、离子基、长碳链结构特征
更易吸附在气液表面，降低表面张力
易凝成胶束
Gemini降低溶液表面张力的倾向远大于聚集生成胶团的倾向
具有低Krafft点
与非离子型混用产生更大的协同作用
具有良好钙皂分散性质
在很多场合是优良的润湿剂
10、何为Krafft点？浊点？
离子型表面活性剂在足够低的温度下，溶解度随温度的升高而慢慢增大，当温度达到某一个值后，溶解度会突然增大，溶解度开始突然增大的温度为Krafft点。
非离子型表面活性剂在水溶液中的溶解度随温度的升高而下降，使溶液变浑浊的温度为浊点。
11、洗涤剂一般由几部分组成？
表面活性剂、填充剂、酶、保湿剂、水、香精、pH调节剂、稳定剂等
第6章思考题
1、影响高分子材料表界面最基本性能之一表面张力的因素有哪些？
温度、表面形态、相对分子质量、分子结构、内聚能密度、共聚和共混合添加剂
2、相变如何聚合物表面张力？晶态转化与玻璃转化有何不同？
一级相变可引起表面张力发生突变，而二级相变的玻璃化转变对表面张力的影响较小。
晶态的表面张力大于非晶态的表面张力
晶态化转化是一级相变，玻璃转化是二级相变。
3、聚合物分子量如何影响表面张力？
表面张力随聚合物分子量的增加而增加。
4、表面张力与摩尔体积和等张比容的关系如何？
摩尔体积越小，等张比容越大，表面张力越大。σ=(P/V)n
5、何谓内聚能密度？如何影响表面张力？溶解度参数如何定义？
内聚能是表征物质分子间相互作用力强弱的物理量，摩尔内聚能定义为消除1摩尔物质全部分子间作用力时内能的增加，E coh=ΔU=ΔH-R T,单位体积的内聚能定义为内聚能密度。内聚能密度越大，表面张力越大，内聚能的平方根称为溶解度参数δ
6、共聚、共混合添加剂如何影响表面张力？嵌段与接枝如何影响？
（1）共聚共混使混合物形成了多元体系，低表面能的组分在表面上被优先吸附，使体系表面张力下降。
（2）对于嵌段共聚物，若A嵌段有高比表面能，B有低比表面能，则在形成共聚物时，B 嵌段在表面上被优先吸附，使体系表面张力明显下降。接枝共聚物的情况与嵌段共聚物类似，但表面张力的减小程度会小一些。
7、由液体的σd, σp，用什麽方法可以得到固体的σd, σp？
Fowkes与杨氏接触角联用
8、固体聚合物表面张力测定方法？
由表面张力与相对分子质量关系，以σ1/4~M-1或σ~M-2/3作图外推
由等张比容法估算
由表面张力与内聚能关系估算
第7章思考题
1、高分子材料表界面改性的方法有哪些？
电量放电处理；火焰处理和热处理；化学处理；臭氧氧化；低温等离子处理；表面接枝。
2、改性的目的是什麽？
改变表面化学组成，引进带有反应性的功能团；清除杂质和弱边界层等；改变界面的物理形态；提高表面能，改进聚合物表面的润湿性和黏合性；通过表面接枝反应设计界面过渡层。
3、接枝法与其它方法比较有哪些优点？
使聚合物的表面生长出一层新的具有特殊性的其他聚合物，从而使表面层的结构和性质与本体不同。接枝的聚合物层仅在表面，且是可设计的，本体仍然保持原来的聚合物结构。
第8章思考题
1、何谓复合材料界面？有何效应？
基体和增强物之间化学成分有显著变化的构成彼此结合的，能起载荷传递作用的微小区域。效应：传递效应、阻断效应、不连续效应、散射和吸收效应、诱导效应。
2、界面形成阶段、机理
第一阶段：基体与增强剂的接触与润湿作用
第二阶段：聚合物的固化阶段
机理：物理吸附理论；化学作用；机械粘合理论；弱边界层理论
3、界面作用理论有哪些？各是什麽名称？
浸润性理论；化学键理论；过渡层理论；可逆水解理论；摩擦理论；扩散理论；静电理论；酸碱作用理论
4、硅烷偶联剂？使用时应注意什麽？
有机硅烷偶联剂是一类品种多、效果好的表面处理剂，其通式为RnSiX4-n。硅烷偶联剂水解后不稳定，会自行缩聚而产生沉淀失效，因此硅烷偶联剂水溶液配制后应在12h内使用，放置过久会失效。
5、高分子表面活性剂（相容剂）有什麽作用？
可以吸附于固体表面，从而具有分散、稳定、絮凝、稳泡、乳化、破乳、增溶、保湿、抗静电等作用。
第9章思考题
1、表征颗粒度仪器方法？
分子筛、样品筛、显微镜法、光散射法
2、表征表面原子价态？XPS AES UPS
3、观察材料的表面原子形貌，操纵原子使用什麽仪器？
扫描隧道显微镜
4、解释名词的中英文意义，并指出有何用途？
TEM、AES、XPS、SEM、STM、AFM、BET、SPM、LEED…
TEM:透射电镜
AES:俄歇电子谱
XPS:X-光电子谱
SEM:扫描电镜
STM:扫描隧道显微镜
AFM:原子力显微镜
BET:多分子层吸附法测比表面积
SPM:扫描探针显微镜LEED:低能电子衍射
第 1 章绪论 物理表面：三维的规整点阵到体外空间之间的过渡区域, 这个过渡区的厚度随材料的种类不同而异, 可以是一个原子层或多个原子层。是不同于两相的第三相。 理想表面：是指除了假设确定的一套边界条件外, 系统不发生任何变化的表面。 清洁表面：指不存在任何污染的化学纯表面, 即不存在吸附、催化反应或杂质扩散等物理、化学效应的表面。 谓弛豫：表面附近的点阵常数发生明显的变化。 重构：表面原子重新排列, 形成不同于体内的晶面。 台阶化：指出现一种比较规律的非完全平面结构的现象。 吸附：指气相中的原子或分子在气固或液固界面上的聚集。 偏析：指溶液或溶质在相界、晶界或缺陷上的聚集。吸附和偏析是化学组分在表面区的变化。吸附表面：吸附有外来原子的表面。 第2章液体表面 系统的能量越低越稳定, 故液体表面具有自动收缩的能力。 表面张力：是单位长度上的作用力, 单位是N/ m。它是反抗表面扩大的一种收缩力, 它的作用是使一定体积的系统具有最小的表面积。 也可以理解为系统增加单位面积时所需作的可逆功, 单位为J/ m2, 是功的单位或能的单位, 所以σ也可以理解为表面自由能, 简称表面能。 单组分液体的表面张力等于比表面自由能。 附加压力的方向总是指向曲率中心一边, 且与曲率大小有关, Laplace 方程： 球面：Δp = 2?/ r任意曲面：Δp = ?( 1/ r1 + 1/ r2 )当曲率半径r1 = r2= r, 曲面成为一个球面, 对于平液面，两个曲率半径都为无限大，Δp = 0，表示跨过平液面不存在压差。 液体表面张力的测定： 1 毛细管法 当毛细管浸在液体中, 若液体能完全浸润管壁, 则会发生毛细上升现象, 液面呈凹月形。反之, 若液体完全不浸润管壁, 则液面下降呈凸液面。 毛细升高现象可用Laplace 方程处理。假定毛细管截面是圆周形, 且管径不太大, 并假定凹月面可近似看作半球形, 此时不仅两个曲率半径相等, 而且都等于毛细管半径r。 由Laplace 公式可得Δp = 2σ/ r则压差Δp应等于毛细管内液柱的静压强Δρgh，即Δρgh = 2σ/ r (1) Δρ为液气两相密度差, g为重力加速度。 也可以改写成:a2= 2σ/ Δρg = rh (2) a为毛细常数, 它是液体的特性常数。 当液体完全不浸润管壁时, 式(2 -21)仍适用, 毛细上升改为毛细下降, h 表示下降深度。 更普遍的情况是液体与管壁之间的接触角θ介于0°～180°之间, 若弯月面仍为球面, 则有:Δρgh =2σcosθ/r(3) 由式(1)或式(3) , 从毛细升高或下降的高度h , 即可求出液体的表面张力。 2 最大气泡压力法 将一根毛细管插入待测液体中，缓缓通入惰性气体，使其在管端形成气泡逸出,当毛细管很细时，可假设气泡在生成过程中始终是球体的一部分。但气泡在发展过程中半径由大变小，当气泡形状恰为半球时，气泡的半径最小，正好等于毛细管半径,Δp也相应达到最大值。实验过程中用连接在毛细管上的U形压力计测出最大气泡压力，则Δp max =Δρgh = 2σ/ r，若测试中，毛细管下端在液面下的深度为t，则Δpmax =Δρgh - p t 。 3 滴重法 是一种既精确又方便的方法。它既可测定气液表面张力, 又可测液液界面张力。
道路工程材料知识点考点 绪论 道路工程材料是道路工程建设与养护的物质基础，其性能直接决定了道路工程质量和服务寿命和结构形式。 路面结构由下而上有：垫层，基层，面层。 面层结构材料应有足够的强度、稳定性、耐久性和良好的表面特性。 第一章 砂石材料是石料和集料的统称 岩石物理常数为密度和孔隙率 真实密度：指规定条件下，烘干岩石矿质实体单位真实体积的质量。 毛体积密度：指在规定条件下，烘干岩石矿质实体包括空隙（闭口、开口空隙）体积在内的单位毛体积的质量。 孔隙率：是指岩石孔隙体积占岩石总体积（开口空隙和闭口空隙）的百分率。 吸水性：岩石吸入水分的能力称为吸水性。 吸水性的大小用吸水率与饱和吸水率来表征。 吸水率：是岩石试样在常温、常压条件下最大的吸水质量占干燥试样质量的百分率。 饱和吸水率：是岩石在常温及真空抽气条件下，最大吸水质量占干燥试样质量的百分率。 岩石的抗冻性：是指在岩石能够经受反复冻结和融化而不破坏，并不严重降低岩石强度的能力。 集料：是由不同粒径矿质颗粒组成的混合料，在沥青混合料或水泥混凝土中起骨架和填充作用。 沥青混合料 水泥混合料
表观密度：是指在规定条件下，烘干集料矿质实体包括闭口空隙在内的表观单位体积的质 量。 级配：是指集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况。 压碎值：用于衡量石料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，也是石料强度的相对指标。压碎值是对石料的标准试样在标准条件下进行加荷，测试石料被压碎后，标准筛上筛余质量的百分 率。1000 1 ?='m m Q a （1m ：试验后通过2.36mm 筛孔的细集料质量） 磨光值：是反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，是决定某种集料能否用于沥青路面抗滑磨耗层的关键指标。 冲击值：反映粗集料抵抗冲击荷载的能力。由于路表集料直接承受车轮荷载的冲击作用，这一指标对道路表层用料非常重要。 磨耗值：用于评定道路路面表层所用粗集料抵抗车轮磨耗作用的能力。 级配参数： ?? ? ??分率。 质量占试样总质量的百是指通过某号筛的式样通过百分率和。 筛分级筛余百分率之总分率和大于该号筛的各是指某号筛上的筛余百累计筛余百分率率。 量占试样总质量的百分是指某号筛上的筛余质分级筛余百分率i i i A a ρ 天然砂的细度模数，系度模数越大，表示细集料越粗。 根据矿质集料级配曲线的形状，将其划分为连续级配和间断级配。 在连续级配类型的集料中，由大到小且各级粒径的颗粒都有，各级颗粒按照一定的比例搭配，绘制出的级配曲线圆滑不间断；在间断级配集料中，缺少一级或几个粒级的颗粒，大颗粒与小颗粒之间有较大的“空档”，所做出的级配曲线是非连续的。 第二章 沥青按照形态分类：粘稠沥青、液体沥青。 沥青按照用途分类：道路沥青、建筑沥青、水工沥青、防腐沥青、其他沥青。 粗集料 ＞2.36mm ＞4.75mm 细集料 ＜2.36mm ＜4.75mm
第一章 1.试述表面张力（表面能）产生的原因。怎样测试液体的表面张力？ （1）原因 液体表面层的分子所受的力不均匀而产生的。液体表面层即气液界面中的分子受到指向液体内部的液体分子的吸引力，也受到指向气相的气体分子的吸引力，由于气相吸引力太小，这样，气液界面的分子净受到指向液体内部并垂直于表面的引力作用，即为表面张力。这里的分子间作用力为范德华力。 （2）测试 ①毛细管上升法 测定原理 将一支毛细管插入液体中, 液体将沿毛细管上升, 升到一定高度后, 毛细管内外液体将达到平衡状态, 液体就不再上升了。此时, 液面对液体所施加的向上的拉力与液体总向下的力相等。则γ=1 /2(ρl-ρg)ghrcosθ(1) (1)式中γ为表面张力, r为毛细管的半径, h为毛细管中液面上升的高度,ρl为测量液体的密度,ρg为气体的密度( 空气和蒸气) , g为当地的重力加速度, θ为液体与管壁的接触角。若毛细管管径很小, 而且θ=0 时, 则上式(1)可简化为γ=1/2ρghr (2） ②Wilhelmy 盘法 测定原理 用铂片、云母片或显微镜盖玻片挂在扭力天平或链式天平上, 测定当片的底边平行面刚好接触液面时的压力, 由此得表面张力, 公式为: W总-W片=2γlcosφ 式中,W总为薄片与液面拉脱时的最大拉力,W片为薄片的重力, l为薄片的宽度, 薄片与液体的接触的周长近似为2l, φ为薄片与液体的接触角。 ③悬滴法 测定原理 悬滴法是根据在水平面上自然形成的液滴形状计算表面张力。在一定平面上, 液滴形状与液体表面张力和密度有直接关系。由Laplace 公式, 描述在任意的一点P 曲面内外压差为 式中R1, R2 为液滴的主曲率半径; z 为以液滴顶点O为原点, 液滴表面上P 的垂直坐标; P0 为顶点O处的静压力。 定义S= ds/de式中de为悬滴的最大直径, ds为离顶点距离为de处悬滴截面的直径再定义H=β(de/b)2 则得γ= (ρl-ρg)gde2/H 式中b为液滴顶点O处的曲率半径。若相对应与悬滴的S值得到的1/H为已知, 即可求出表(界) 面张力。即可算出作为S的函数的1/H值。因为可采用定期摄影或测量ds/de 数值随时间的变化, 悬滴法可方便地用于测定表(界)面张力。 ④滴体积法 测定原理 当一滴液体从毛细管滴头滴下时, 液滴的重力与液滴的表面张力以及滴头的大小有关。表示液滴重力(mg) 的简单关系式:mg=2πrγ实验结果表明, 实际体积小得多。因此就引入了校正因子f(r/V1/3), 则更精确的表面张力可以表示为:γ= mg/{2πrf(r/v1/3)}其中m为液滴的质量, V 为液滴体积, f 为校正因子。只要测出数滴液体的体积, 就可计算出该液体的表面张力。 ⑤最大气泡压力法 测定原理
第二章材料的性能 1、布氏硬度 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度（硬度少于450HB）。 2、洛氏硬度 HRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。 HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。 3、维氏硬度 维氏硬度所用载荷小，压痕浅，适用于测量零件表面的薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度，载荷可调范围大，对软硬材料都适用。 4、耐磨性是材料抵抗磨损的性能，用磨损量来表示。 分类有黏着磨损（咬合磨损）、磨粒磨损、腐蚀磨损。 5、接触疲劳：（滚动轴承、齿轮）经接触压应力的反复长期作用后引起的一种表面疲劳剥落损坏的现象。 6、蠕变：恒温、恒应力下，随着时间的延长，材料发生缓慢塑变的现象。 7、应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。 第三章金属的结构与结晶 1、晶体中原子（分子或离子）在空间的规则排列的方式为晶体结构。为便于描述晶体结构，把每个原子抽象成一个点，把这些点用假想直线连接起来，构成空间格架，称为晶格。 晶格中每个点称为结点，由一系列原子所组成的平面成为晶面。 由任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。 组成晶格的最小几何组成单元称为晶胞。 晶胞的棱边长度、棱边夹角称为晶格常数。 ①体心立方晶格 晶格常数用边长a表示，原子半径为√3a/4，每个晶胞包含的原子数为1/8×8+1=2（个）。属于体心立方晶格的金属有铁、钼、铬等。 ②面心立方晶格 原子半径为√2a/4，每个面心立方晶胞中包含原子数为1/8×8+1/2×6=4（个） 典型金属（金、银、铝、铜等）。 ③密排六方晶格 每个面心立方晶胞中包含原子数为为12×1/6+2*1/2+3=6（个）。 典型金属锌等。 2、各向异性：晶体中不同晶向上的原子排列紧密程度及不同晶面间距是不同的，所以不同方向上原子结合力也不同，晶体在不同方向上的物理、化学、力学间的性能也有一定的差异，此特性称为各向异性。
第一章绪论 名词解释：表、界面；物理表面 表界面是指由一个相到另一个相的过渡区域。 物理表面：三维规整点阵到体外空间之间的过渡区域；厚度随材料种类而异，从一个到多 个原子层不等。 基本知识点： 1、表、界面现象的研究对象通常为具有多相性的不均匀体系，即体系中一般存在两个或两个以上不同性能的相。 2、表界面指相与相之间的过渡区域，因此表界面区的结构、能量、组成等都呈现连续的梯度变化。 3、按照扩散的微观机制可将表面扩散分为两类：自扩散和互扩散。 4、固体中的扩散是通过原子的随机运动进行的，因此扩散的前提是有可供原子运动的空间。 5、扩散过程的微观机制是缺陷的运动。 6、晶界迁移是重要的界面扩散传质现象，可由不同的驱动力引起；晶界迁移的特点与处于一定能量状态的晶界原子结构特点密切相关，其过程的本质是晶界能量的下降。 公式： 第二章液体界面 名词解释：表面张力：液体表面任意二相邻部分之间垂直于它们的单位长度分界线相互作用的拉力表面 自由能：广义，保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。狭义，保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能。 特劳贝(Traube)规则；在同系物溶液中，欲使表面张力降低得一般多，所需溶液浓度因分子中每增加一个亚甲基-ch2-而减少为原来的三分之一。 基本知识点： 1、表面张力本质上是由分子间相互作用力，即范德瓦尔斯力产生的； 2、表面张力产生的根本原因是分子间相互作用力不平衡引起的； 3、处在液体表面层的分子与其内部分子所受力场相同（错）； 4、气液界面的分子净受到指向液体内部的引力，该引力主要是范德华力；（对） 5、由于系统的能量越低越稳定，所以液体表面有自动收缩的能力；（对） 6、表面弯曲的液体在表面张力的作用下，表面上承受着附加压力，且方向总是指向液体内部；（错） 7、跨过平液面不存在压差；（对） 8、毛细管法测液体表面张力时，要求毛细管被所测液体完全浸润。（错） 9、Kelvin公式表明：液滴的半径越小，其蒸汽压越大；气泡的半径越小，其蒸汽压越小。 10、利用毛细管法测液体表面张力时，当毛细血管浸在液体中，若液体能浸润管壁，则会发生毛细上升现象，液面呈凹月形；若液体不能浸润管壁，则液面下降呈凸液面。 11、跨过一个平表面不存在压力差，而跨过曲面必然存在压力差。（对） 12、弯曲表面，△P与表面张力成正比，而与曲率半径成反比；（错） 13、人工降雨利用凸液面饱和蒸气压大于平液面蒸气压的原理，向云层提供凝结中心达到降雨目的；（对） 简答题： 1、应用Kelvin公式解释以下现象：①人工降雨；②过热液体；③过饱和溶液。 根据公式： （1）当空气中的水蒸气凝结时，首先形成非常小的液核，在液核存在的基础上继而长大形成大的液滴，从而发生水蒸气的凝结。初始形成的液核半径非常小，对应的饱和蒸气压远
第二章液体表面 1.表面张力产生的原因是什么？ 2.表面张力与温度的关系是什么？ 3.表面张力的两种定义以及相关计算。 4.拉普拉斯方程以及相关计算。 5.液体表面张力的测定方法有哪些？ 6.毛细管法测定表面张力的公式（注意式中的r代表什么） 7.开尔文公式以及相关计算（过饱和度、毛细管液体饱和蒸气压） 8.试着利用开尔文公式解释人工降雨、过热液体、过冷水、过饱和液体现象。 9.为什么对毛细管法要进行修正？ 10.吉布斯吸附等温式以及相关计算。 11.三类物质。 第三章固体表面 1.固体表面的三大特性是什么？ 2.比较物理吸附和化学吸附的区别。 3.朗格缪尔吸附等温式及BET吸附等温式（计算）。 4.朗格缪尔吸附等温式的缺点（3点） 5.如何用BET吸附等温式求得比表面积？（计算） 第四章固-液界面 1.杨氏方程的掌握（计算），润湿程度的判别（利用接触角θ）。
2.粘附功和内聚能的定义。 3.杨-杜方程的掌握，如何测定固液界面的粘附功？（停滴法） 4.接触角的测定方法主要有哪些？ 5.接触角的滞后现象，前进角和后退角各反映了什么区域（表面能）？ 6.为什么说铺展润湿是润湿的最高形式？ 7.润湿的三种类型，以及相应的判别公式。 8.水能否在汞表面铺展？（类似题目的计算，可利用铺展系数或者杨氏方程判别） 第五章表面活性剂 1.什么是表面活性剂？分子结构上特点是什么？ 2.简述表面活性剂的浓度对溶液的表面张力的影响，为什么会有这样的影响？ 3.表面活性剂按照亲水基可分为哪些？ 4.阳离子、两性表面活性剂的各自的特点是什么？ 5.非离子表面活性剂的特点以及下属的分类（聚乙二醇型和多元醇型）。 6.非离子表面活性剂的亲水基团是什么？ 7.为什么聚乙二醇的醚键具有亲水性？（提示：锯齿型→ 曲折型） 8.氟系表面活性剂的特点。（为什么碳氟链有良好的防水、防油、易清洗的优点？） 9.冠醚类大环化合物主要的应用是什么？（相转移催化机理是什么？） 10.HLB是什么？HLB的大小代表什么？ 11.非离子型中聚乙二醇型的HLB计算公式以及多元醇型HLB计算公式。 12.其它类型的表面活性剂的HLB计算公式又是什么？ 13.什么是相转型温度？和HLB相比，PIT有什么优点？（HLB有什么不足之处）
复习内容： 一液体表面 1研究液体结构的基本假设。 （1）组成液体的原子（或分子）分布均匀、连贯、无规则；(2)液体中没有晶态区域和能容纳其他原子或分子的孔洞；（3）液体的结构主要由原子间形成的排斥力决定。 2间隙多面体，径向分布函数。 液体结构的刚性球自由密堆可以用间隙多面体来表示，其中原子处在多面体间隙的顶点。液体自由密堆结构的5种理想间隙：(a)四面体间隙；(b) 八面体间隙；(c)三棱柱的侧表面被覆盖3个半八面体间隙；(d)阿基米德反棱柱被覆盖2个半八面体间隙；(e)正方十二面体 四面体间隙占了主要地位，所以四面体间隙配位是液体结构的另一特征，四面体配位中的各相邻原子的间距就成为液体结构的最近邻原子间距。 随着温度升高（低于材料熔点Tm），原子间距增加，原子震动幅度提高，但仍然保持有序结构。这时的原子数量的变化不再是一系列离散的线，所以再用原子数量（N(r)）来表示不同径向距离（r）处原子的分布就显得不太合适，而通常采用的方法是用在不同径向距离（r）处原子出现的密度来表示。用密度分布函数ρ(r)来代替离散的数量值N(r)时，分布函数的峰值就代表了在距离中心原子r处原子出现的概率。 3液体原子结构的主要特征。 （1）液体结构中近邻原子数一般为5~11个（呈统计分布），平均为6个，与固态晶体密排结构的12个最近邻原子数相比差别很大； （2）在液体原子的自由密堆结构中，四面体间隙占了主要地位。 （3）液体原子结构在几个原子直径范围内是短程有序的，而长程是无序的。 4 液体表面张力的概念及影响因素。 液体表面分子或原子受到内部分子或原子的吸引，趋向于挤入液体内部，使液体表面积缩小，因而在液体表面切向方向始终存在一种使液体表面积缩小的力，液体表面这种沿着切向方向，合力指向液体内部的作用力，就称为液体表面张力。 液体表面张力影响因素很多，如果不考虑液体内部分子或原子向液体表面的偏聚和外部原子或分子对液体表面的吸引，影响液体表面张力的因素主要有： (1)液体自身结构：液体的表面张力来源于液体内部原子或分子间的吸引力，因此液体内部原子或分子间的结合能的大小直接影响到液体的表面张力的大小。一般来说，液体中原子或分子的结合能越大，液体表面张力越大，一般液体表面张力随结构不同变化趋势是：金属键结合物质>离子键结合物质>极性共价键结合物质>非极性共价键结合物质 (2)表面所接触的介质：液体的表面张力的产生是由于处于表面层的原子或分子一方面受到液体内部原子或分子的吸引，另一方面受到液体外部原子或分子的吸引。当液体处在不同介质环境时，液体表面的原子或分子与不同物质接触所受的作用力不同，因此导致液体表面张力的不同。一般来说，介质物质的原子或分子与液体表面原子或分子结合能越大，液体表面能越小，反之越大 (3)温度：随着温度的升高，液体密度下降，液体内部原子或分子间的作用力降低，液体内部原子或分子对表面原子或分子的吸引力减弱，液体表面张力下降。最早给出的预测液体表面张力与温度关系的半经验表达式为： γ= γ0(1－T/T c)n 式中T c为液体的气化温度，γ0为０K时液体的表面张力。 5液体表面偏聚。 液体中溶质原子向液体表面偏聚可以降低液体的表面能，因此是自发进行的过程。表面能随组成液体的比例变化越大，产生表面偏聚倾向性越大。
1.原子间的键合方式及性能特点 原子间的键合方式包括化学键和物理键,其中化学键又分为离子键,共价键和金属键,物理键又包括分子键和氢键. 2.原子的外层电子结构，晶体的能带结构。 3.晶体（单晶、多晶）的基本概念，晶体与非晶体的区别。 单晶:质点按同一取向排列,由一个核心(晶核)生长而成的晶体;多晶:由许多不同位向的小晶体(晶粒)所组成的晶体.
4.空间点阵与晶胞、晶面指数、晶面间距的概念，原子的堆积方式和典型的晶体结构。 空间点阵:呈周期性的规律排列的阵点所形成的具有等同的周围环境的三维阵列; 晶胞:在空间点阵中,能代表空间点阵结构特点的最小平行六面体,反应晶格特性的最小几何单元; 晶面指数: 在晶格中，通过任意三个不在同一直线上的格点作一平面，称为晶面，描写晶面方位的一组数称为晶面指数.一般选取晶面在三个坐标轴上的截距,取倒数作为晶面指数; 晶面间距:两近邻晶面间的垂直距离; 原子的堆积方式:六角堆积和立方堆积; 典型的晶体结构:面心立方结构,体心立方结构,密排六方结构. 5.表面信息获取的主要方式及基本原理 可以通过光子,电子,离子,声,热,电场和磁场等与材料表面作用,来获取表面的各种信息,或者利用原子线度的极细探针与被测材料的表面近距离接近,探测探针与材料之间的信号,来获取表面信息. 电子束技术原理: 离子束技术原理:离子比光子电子都重,它轰击表面时产生的效应非常明显.离子不但具有电荷还有电子结构和原子结构,当离子与表面接近时,除具有静电场和接触电势差作用外,它本身还可以处于不同的激发电离态,离子还可以与表面产生各种化学反应,总之,离子与表面作用后,提供的信息非常丰富. 光电子能谱原理: 扫描探针显微镜技术原理: 6.为什么XPS可获得表面信息，而X射线衍射只能获得体信息？ [略] X射线衍射(XRD)是利用晶体形成X射线衍射,对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法.将具有一定波长的X射线照射到晶体上时,X射线因在晶体内遇到规则排列的原子或离子而发生散射,
《材料表面界面和微结构分析表征》复习提纲 绪论 掌握现代分析技术的原理、特点和分类。 作业与思考: 试述体分析,表面分析和微区分析的概念并举例. 第一章表面科学与表面分 1. 了解表面分析仪的组成、各部分的功能和要求； 2. 掌握X-射线发射机理、命名、谱线波长和相对强度变化规律。 3. 掌握电子能量分析器工作原理以及表述方法。 作业与思考： 1. 画图并通过数学推导详述CHA电子能量分析的工作原理； 2. 画图并说明特征X-射线发射机理； 3. 画图并说明特征X-射线的命名、谱线波长和相对强度的变化规律。 第二章俄歇电子能谱 1. 掌握Auger效应，Auger 跃迁的过程和Auger 电子的命名 2. 了解Auger电子能谱的认识 3. 掌握决定Auger 峰能量的因素 4. 了解Auger峰精细结构与化学状态分析 5. 掌握Auger信号强度与AES 定量分析（概念、方法和公式等）。作业与思考：
1.分别画图并说明电子和X-射线与物质相互作用产生Auger 电子跃迁的过程； 2.决定Auger 信号强度的主要因素有哪些？ (1)元素电离几率；(2)Auger跃迁几率；(3)Auger的逃逸深度。 入射电流强度IP 电离几率σax (1+γm ) 俄歇跃迁几率PA 仪器因素T & D 原子浓度NA 信息深度Z 3 AES 定性分析的依据是什么？ (1)峰位(能量) ，由特定元素原子结构确定; (2)元素的峰数，由特定元素原子结构确定(可由量子力学估计); (3)各峰相对强度大小也是该元素特征; 以上三条是俄歇能谱定性分析的依据，这些数据均有手册可查。 4. AES 定量分析方法和对应公式是什么？ 标样法 灵敏度因素法 5.根据不锈钢样品的AES谱图，量得Cr529(eV)、Fe703(eV) 和Ni848(eV)的Auger 峰高分别为4.6、9.8 和1.6，查表得Cr、Fe和Ni对应的灵敏度因子分别为0.28、0.19 和0.26,试计算该不锈钢样品表面的Fe、Cr 和Ni 的含量(%)。
1.液体原子结构的主要特征。 （1）液体结构中近邻原子数一般为5~11个（呈统计分布），平均为6个，与固态晶体密排结构的12个最近邻原子数相比差别很大； （2）在液体原子的自由密堆结构中存在五种间隙，四面体间隙占了主要地位。 （3）液体原子结构在几个原子直径范围内是短程有序的，而长程是无序的。 2.液体表面能的产生原因。 液体表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液体表面层中，每个分子都受到一个垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。这种吸引力使表面上的分子趋向于挤入液体内部，促成液体的最小表面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗液体内部分子的吸引力而做功，从而增加分子的位能，这种位能就是液体的表面能。 3.液体表面张力的概念和影响因素。 液体表面层的原子或分子受到内部原子或分子的吸引，趋向于挤入液体内部，使液体表面积缩小，因此在液体表面的切线方向始终存在一种使液体表面积缩小的力，其合力指向液体内部的作用力，这种力称为液体表面张力。 液体的表面张力大小受很多因素的影响。如果不考虑液体内部其它组元向液体表面的偏聚和液体外部组元在液体表面的吸附，液体表面张力大小主要受物质本身结构、所接触的介质和温度的影响。 （1）液体的表面张力来源于液体内部原子或分子间的吸引力，因此液体内部原子或分子间的结合能的大小直接影响到液体的表面张力的大小。一般来说，液体中原子或分子间的结合能越大，表面张力越大。具有金属键原子结合的物质的表面张力最大；其次由大到小依次为：离子键结合的物质、极性共价键结合的物质、非极性共价键结合的物质。 (2)液体的表面张力的产生是由于处于表面层的原子或分子一方面受到液体内部原子或分子的吸引，另一方面受到液体外部原子或分子的吸引。当液体处在不同介质环境时，液体表面的原子或分子与不同物质接触所受的作用力不同，因此导致液体表面张力的不同。一般来说，介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能越高，液体的表面张力越小；反之，介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能越低，液体的表面张力越大。 （3）液体的表面张力还与温度有关。温度升高，液体的密度降低，液体内部原子或分子间的作用力降低，因此液体内部原子或分子对表面层的原子或分子吸引力减弱，导致液体的表面张力下降。预测液体表面张力与温度关系的半经验表达式为： γ = γ0(1－T/T c)n 式中T c为液体的气化温度，γ0为０K时液体的表面张力。 ( 举例：水的表面张力随温度的升高而下降的趋势。这一变化规律可以从两个方面进行解释：一方面，随温度升高，水的体积膨胀，内部分子间距离增大，导致水中内部分子对表面分子的吸引力降低；另一方面，随温度升高，蒸汽压提高，气相中的分子对水表面分子的吸引力增大。) 4.固体表面能的影响因素。 影响固体表面能的主要因素有：固体原子间的结合能、固体表面原子的晶面取向和温度。 （1）由于表面能的大小主要取决于形成固体新表面所消耗的断键功，因此原子间的结合能越高，断开相同结合键需要消耗的能量越高，所形成的固体表面能越高。 （2）由于固体晶体结构是各向异性的，不同晶面的原子面密度不同，所以形成单位面积的新表面需要断开原子键的数量不同，导致所形成的表面能不同。一般来说，固体表面原子面密度越高，形成单位面积的新表面需要断开原子键的数量越小，表面能越低。
1.表面能：系统增加单位面积时所需做的可逆功J/m*m 2.吸附热：吸附过程中的热效应。物理吸附热效应相当于气体的凝聚热， 化学相当于化学键能 3.物理吸附：吸附作用力为范德瓦尔分子力，由表面原子和吸附原子之间 的极化作用而产生。 4.化学吸附：静电库仑力，发生电子转移，改变吸附分子结构。 5.毛细现象：吸附压力引起的毛细管内外页面的高度差的现象 6.超疏水：表面与水的接触角大于150，滚动角小于10 7.润湿：固体表面上的气体或液体被液体或另一种液体取代的现象，原因， 接触后吉布斯自由能小于0 8.亲水物质：能被水润湿的物质，如玻璃、石英 9.疏水物质：不能被水润湿的物质，如石墨、硫磺 10.接触角：三相交界处自固液界面经过液体内部到气液界面的夹角叫接触 角 11.粘附功：液柱由两液体构成，拉开后原来AB 界面消失，出现新的A\B，消耗的能量称为粘 附功 12.内聚能：均相物质分离成两部分，产生两个新界面，消耗的能量称为内
聚能 13.接触角滞后现象：于粗糙或不均匀表面上，液滴可以处于稳定平衡态或 者亚稳定平衡态。 14.粘附润湿：液体接触固体，变气液表面和气固表面为液固表面的过程。 15.浸湿过程：气固为液固所取代的过程 16.铺展润湿：液体于固体表面接触后，于固体表面上排除空气而自行铺展 的过程，也是一个以液固界面取代气固界面同时液体表面随之扩展的过程。 17.静接触角：当液体在固体表面达到平衡时，气液的界线与液固的界线之 间的夹角称为接触角，此时为静态接触角 18.动态接触角：液体在固体表面接触角随时间变化而变化的过程，是动态 接触角 19.表面活性剂：加入少量时能显著降低溶液表面张力并改变体系界面状态 的物质。 20.Krafft 温度：离子型表面活性剂的溶解度随温度变化的特点是在足够低 的温度下，溶解度随温度升高而慢慢增大，当温度达到某一定值后，溶解度会突然增大。溶解度开始突然增大的温度叫Krafft 温度。 21.表面接枝：表面接枝是通过紫外光、高能辐射、电子束、等离子体等技 术，是聚合物表面产生活性中心，引发乙烯基单体在聚合物表面接枝聚合，或利用聚合物表面的活性基团通过化学反应接枝。表面接枝聚合，大分子偶合反应，以及添加接枝共聚物。 22.金属的腐蚀：金属及合金在外围介质的化学或电化学作用下发生破坏的 过程称为金属腐蚀。 23.玻璃相：陶瓷配料中除主晶相以外的其他组分（有时包括）在一定温度 下共熔，然后“冻结”成非晶态固体。 24.复合材料：复合材料是以两种或两种以上不同材料通过一定的工艺复合 而成的多相材料。 25.增强材料：在复合材料中，凡能提高机体的机械强度、弹性模量等力学 性能的材料称为增强材料。
1.液体的原子结构的主要特征。 液体的原子结构存在以下三个主要特征： (1)液体结构中近邻原子数一般为5~11个（呈统计分布），平均为6个，与固态晶体密排结构的12个最近邻原子数相比差别很大； (2)在液体原子的自由密堆结构中，四面体间隙占了主要地位。 (3)液体原子结构在几个原子直径范围内是短程有序的，而长程是无序的。 2.液体表面张力的概念和影响因素。 液体表面分子或原子受到内部分子或原子的吸引，趋向于挤入液体内部，使液体表面积缩小，因而在液体表面切向方向始终存在一种使液体表面积缩小的力，液体表面这种沿着切向方向，合力指向液体内部的作用力，就称为液体表面张力。 液体表面张力影响因素很多，如果不考虑液体内部分子或原子向液体表面的偏聚和外部原子或分子对液体表面的吸引，影响液体表面张力的因素主要有： (1)液体自身结构：液体的表面张力来源于液体内部原子或分子间的吸引力，因此液体内部原子或分子间的结合能的大小直接影响到液体的表面张力的大小。一般来说，液体中原子或分子的结合能越大，液体表面张力越大，一般液体表面张力随结构不同变化趋势是：金属键结合物质>离子键结合物质>极性共价键结合物质>非极性共价键结合物质 (2)表面所接触的介质：液体的表面张力的产生是由于处于表面层的原子或分子一方面受到液体内部原子或分子的吸引，另一方面受到液体外部原子或分子的吸引。当液体处在不同介质环境时，液体表面的原子或分子与不同物质接触所受的作用力不同，因此导致液体表面张力的不同。一般来说，介质物质的原子或分子与液体表面原子或分子结合能越大，液体表面能越小，反之越大 (3)温度：随着温度的升高，液体密度下降，液体内部原子或分子间的作用力降低，液体内部原子或分子对表面原子或分子的吸引力减弱，液体表面张力下降。最早给出的预测液体表面张力与温度关系的半经验表达式为： γ= γ0(1－T/T c)n 式中T c为液体的气化温度，γ0为０K时液体的表面张力。 3.固体表面能的影响因素。 影响固体表面能的主要因素有：固体原子间的结合能、固体表面原子的晶面取向和温度。由于表面能的大小主要取决于形成固体新表面所消耗的断键功，因此原子间的结合能越高，断开相同结合键需要消耗的能量越高，所形成的固体表面能越高。由于固体晶体结构是各向异性的，不同晶面的原子面密度不同，所以形成单位面积的新表面需要断开原子键的数量不同，导致所形成的表面能不同。一般来说，固体表面原子面密度越高，形成单位面积的新表面需要断开原子键的数量越小，表面能越低。与液体一样，固体的表面能随温度的升高而下降，并且固体表面能随温度升高而下降的速度大于液体。 4.计算并讨论立方晶系（100）、（110）和（111）面的表面能大小。 采用“近邻断键模型”（Nearest-neighbor broken-bond model）来计算固体晶体的表面能，两点假设： 第一，每个原子只与其最近邻的原子成键（最近邻原子数即为该晶体结构的配位数），并且只考虑最近邻原子间的结合能； 第二，原子间的结合能（-Ua）不随温度变化。 对于具有任意晶体结构的固态晶体，某一晶面{hkl}的表面能（γS{hkl}）可以用下式计算： γS{hkl} = N{hkl}Z(Ua /2) 式中，N{hkl}为{hkl}晶面单位面积的原子数，Z为晶体沿{hkl}晶面断开形成新表面时{hkl}晶面上每个原子需要断裂的键数。
一、答：表、界面是指由一个相到另一相的过渡区域，通常把凝固相和气相之间的分界面称为表面，把凝固相之间的分界面称为界面。分为两大类：物理表面和材料表面。物理表面又分为：理想表面、清洁表面、吸附表面；材料表面有如下几类：机械作用界面、化学作用界面、固态结合界面、液相或气相沉积界面、凝固共生界面、粉末冶金界面、粘结界面、熔焊界面等。 在国民经济建设各领域，表、界面科学亦显示出愈来愈重要的作用。主要应用在食品、土壤化学、造纸、涂料、橡胶、建材、冶金、能源、电子工业和航天技术等领域。 二、答：溶质的浓度对溶剂表面张力的影响有三种类型，第一类物质的加入会使溶剂的表面张力略为升高，属于此类物质有强电解质（如无机盐、酸、碱）；第二类物质的加入会使溶剂的表面张力逐渐降低（如低碳醇、羧酸等有机物）；第三类物质少量加入就会使溶剂表面张力急剧下降，但到一定浓度后，表面张力变化很缓慢或几乎不下降，趋于一个稳定值。 我们把能使溶剂（通常为水）表面张力降低的物质称为具有表面活性的物质，如第二类和第三类物质都能使溶剂表面张力降低，它们都具有表面活性。 表面活性剂的种类很多，按亲水基类型分类是表面活性剂分类的主要方法，表面活性剂溶于水能电离生成离子的叫做离子型表面活性剂；不能电离的叫非离子型表面活性剂。离子型表面活性剂按生成离子的性质可分成阴离子、阳离子和两性表面活性剂。按相对分子质量分类：低分子表面活性剂，相对分子质量200-1000；中分子表面活性剂，相对分子质量1000-10000；高分子表面活性剂，相对分子质量10000以上。按工业用途分类:表面活性剂可分为渗透剂、润湿剂、乳化剂、分散剂、起泡剂、消泡剂、净洗剂、杀菌剂、匀染剂、缓染剂、柔软剂、平滑剂、抗静电剂防锈剂等。有的表面活性剂可同时具有几种功能。 三、答：陶瓷材料为无机非金属粉末晶体在一定条件下形成的多晶聚集体。表面结构:由于表面处原子周期性排列突然中断，形成了附加表面能，表面原子的排
一、20℃时汞的表面张力为4.85×10-1 Jm-2，求在此温度及101.335 kPa 的压力下，将半径1mm 的汞滴分散成半径10-5 mm 的微小汞滴，至少需要消耗多少功 解：已知：σ＝4.85×10-1 Jm-2 r1=1mm, r2=10－5 mm 二、25℃，在101.325kPa 下将直径为1μm 的毛细管插入水中，问需要外加多大的压力才能防止水面上升？（已知25℃时水的表面张力 为71.97×10 -3 N*m-1 ) 解： 21212112 223312W=()4;4443 3A A dA A A A r A N r r r N σσππππ=-===?31223211221222112123251()4()4()4(1)4.85104 3.1416(10)(101) 6.0910r N r r r A r r r r r W r r Jm m J ππσπ----====?-= ?????-=?-31652 Δp=2σ/r 2(71.9710)=0.5102.8810288N m m N m kPa ---???=??=
三、25℃时，水的饱和蒸气压为3.168kPa ，求该温度下比表面积为106 m2 *kg-1时球形水滴的蒸气压（水在25℃时的表面张力为71.97 ×10-3 N*m-1). 解：先求水滴半径： 代入Kelvin 公式： 332233362 193443 3344433(10)(10)3103V N r r A N r r r r r A kg m m kg m nm πρππππρρρ---===?=?===??=?=0-32631) 1190-3-22ln 2(71.9710)(1810=(8.314)(298)(310)=0.3486 p =1.417p=1.417 3.16810N m =4.489kPa P V P RTr J m m mol J mol K K p σ------=??????????
《材料成型》基础知识点 1.简述铸造生产中改善合金充型能力的主要措施。 （1）适当提高浇注温度。 （2）保证适当的充型压力。 （3）使用蓄热能力弱的造型材料。如砂型。 （4）预热铸型。 （5）使铸型具有良好的透气性。 2.简述缩孔产生的原因及防止措施。 凝固温度区间小的合金充满型腔后，由于逐层凝固，铸件表层迅速凝固成一硬壳层，而内部液体温度较高。随温度下降，凝固层加厚，内部剩余液体由于液态收缩和补充凝固层的凝固收缩，体积减小，液面下降，铸件内部产生空隙，形成缩孔。 措施：（1）使铸件实现“定向凝固”，按放冒口。 （2）合理使用冷铁。 3.简述缩松产生的原因及防止措施。 出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件中，被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。 措施：（1）、尽量选用凝固区域小的合金或共晶合金。 （2）、增大铸件的冷却速度，使铸件以逐层凝固方式进行凝固。 （3）、加大结晶压力。（不清楚） 4.缩孔与缩松对铸件质量有何影响？为何缩孔比缩松较容易防止？ 缩孔和缩松使铸件的有效承载面积减少，且在孔洞部位易产生应力集中，使铸件力学性能下降；缩孔和缩松使铸件的气密性、物理性能和化学性能下降。 缩孔可以采用顺序凝固通过安放冒口，将缩孔转移到冒口之中，最后将冒口切除，就可以获得致密的铸件。而铸件产生缩松时，由于发达的树枝晶布满了整个截面而使冒口的补缩通道受阻，因此即使采用顺序凝固安放冒口也很无法消除。 5.什么是定向凝固原则？什么是同时凝固原则？各需采用什么措施来实现？上述两种凝固 原则各适用于哪种场合？ 定向凝固就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，使铸件上远离冒口的部位先凝固然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。 同时凝固，就是采取必要的工艺措施，使铸件各部分冷却速度尽量一致。 实现定向凝固的措施是：设置冒口；合理使用冷铁。它广泛应用于收缩大或壁厚差较大的易产生缩孔的铸件，如铸钢、高强度铸铁和可锻铸铁等。 实现同时凝固的措施是：将浇口开在铸件的薄壁处，在厚壁处可放置冷铁以加快其冷却速度。它应用于收缩较小的合金(如碳硅质量分数高的灰铸铁)和结晶温度范围宽，倾向 于糊状凝固的合金(如锡青铜)，同时也适用于气密性要求不高的铸件和壁厚均匀的薄壁 6.铸造应力有哪几种？形成的原因是什么？ 铸造应力有热应力和机械应力两种。 热应力是铸件在凝固和冷却过程中，由于铸件的壁厚不均匀、各部分冷却速度不同，以至在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。 机械应力是铸件在冷却过程中因固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的应力。 7.铸件热应力分布规律是什么？如何防止铸件变形？ 铸件薄壁处受压应力，厚壁处受拉应力。 （1）减小铸造应力。 合理设计铸件的结构，铸件尽量形状简单、对称、壁厚均匀。
第九章玻璃表界面 4 玻璃的表面反应 玻璃成型后一段时间就容易被周围环境介质所侵蚀，侵蚀情况主要取决于玻璃的本质（组成）和介质的种类。 4.1 水对玻璃的侵蚀 开始于水中的H+和玻璃中的Na+进行离子交换： 离子交换反应停止的真正原因： ?Na+含量的降低； R n+（n>1)抑制效应 4.2酸对玻璃的侵蚀 除氢氟酸外，一般酸并不直接与玻璃起反应，而是通过水的作用侵蚀玻璃。 浓酸对玻璃的侵蚀能力低于稀酸。 酸对玻璃的作用与水对玻璃作用又有所不同。 高碱玻璃的耐酸性小于耐水性，高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。 4.3 碱对玻璃的侵蚀 硅酸盐玻璃一般不耐碱。 碱对玻璃的侵蚀是通过OH-破坏硅氧骨架（≡Si-O-Si ≡），使Si-O键断裂，SiO2溶解在碱液中。 碱的大量存在使得中和反应能够不断进行，所以，侵蚀不是形成硅酸凝胶薄膜，而是玻璃表面层不断脱落。
碱对玻璃的侵蚀程度与下列因素有关： 侵蚀时间 OH-离子的浓度 阳离子的种类 侵蚀后玻璃表面的硅酸盐在碱溶液中的溶解度 玻璃受碱侵蚀分为以下三个阶段： ?第一阶段，碱溶液中的阳离子首先吸附在玻璃表面； ?第二阶段，阳离子束缚周围的OH-离子，OH-离子攻击玻璃表面的硅氧键。 ?第三阶段，硅氧骨架破坏后变成硅酸离子，和吸附在玻璃表面的阳离子形成 硅酸盐，并逐渐溶解在碱溶液中。 碱性溶液对玻璃的侵蚀机理与水或酸不同 ?水或酸（包括中性盐或酸性盐）对玻璃的侵蚀只是改变、破坏或溶解（沥滤） 玻璃结构组成中R2O、RO等网络外体物质。 ?碱性溶液不仅对网络外体氧化物起作用，而且也对玻璃结构中的硅氧骨架起 溶蚀作用。 大气对玻璃的侵蚀 先是以离子交换为主的释碱过程后逐步过渡到以破坏网络为主的溶蚀过程。 4.4 影响玻璃表面反应性的因素 1) 化学组成的影响 硅酸盐玻璃的耐水性和耐酸性主要取决于硅氧和碱金属氧化物的含量。 玻璃中同时存在两种碱金属氧化物时，由于“混合碱效应”使玻璃的化学稳定性出现极值。
课后习题解答 第一次作业 1、表面张力产生的原因？ 液体表面层的分子所受的力不均匀而产生的。液体表面层即气液界面中的分子受到指向液体内部的液体分子的吸引力，也受到指向气相的气体分子的吸引力，由于气相吸引力太小，这样，气液界面的分子净受到指向液体内部并垂直于表面的引力作用，即为表面张力。这里的分子间作用力为范德华力。 2、毛细管插入汞中，管中汞柱表面呈凸形，管中液面比管外液面低。若在常压下，气温降低了，此时毛细管中汞面是上升、不变、还是下降？为什么？ （提示：表面张力随温度的降低而升高） 毛细管中汞面是下降。因为气温降低，表面张力将升高，根据Laplace 方程，r p /2σ=?，对于凸液面，表面张力增大，液面下降。下降高度pgh h ?=σ2。 第二次作业 1、请解释下列现象中的任一个： （1）过冷水 （2）过热液体 （3）过饱和液体 （1）根据Kelvin 公式，微小晶体的蒸气压要比大晶体的蒸气压大，故小晶
体的蒸气压曲线在上方，它与过冷水曲线的交点即为小晶体的熔点。小晶体的熔点低于O点对应的温度，所以对液态水来说，温度到达O点对应的温度不会结晶，形成虚线所示的过冷水。 （2）沸腾时，气泡的形成必须经过从无到有，从小到大的过程。而最初形成的半径极小的气泡内的饱和蒸汽压远小于外压， 液体中的小气泡，其曲率半径是负的，根据Kelvin公式，其半径越小，气泡内的饱和蒸气压越小。 小气泡内部承受的压力=p外+?p = p外+2γ/r 因此在外压的压迫下，小气泡难以形成，液体不能沸腾，要想沸腾，必须过热，使小气泡的饱和蒸气压等于外压而沸腾。过热较多沸腾时，容易暴沸。 （3）根据Kevlin公式，微小晶体颗粒的饱和浓度大于普通晶体的饱和浓度，晶体颗粒越小，溶解度越大。当溶液在恒温下浓缩时，溶质的浓度逐渐增大，达到普通晶体的饱和度时，对微小晶体仍未达到饱和，所以不析出微小晶体，溶液称为过饱和溶液。 在一个饱和溶液中，若有大小不同的粒子存在，对于大粒子已饱和的溶液，对小粒子仍未达到饱和，所以陈放一段时间，小粒子将消失，大粒子略有增大，这就是重量分析中的陈化过程。 第三次作业 1