高分子物理课件11聚合物表面与界面
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第1章聚合物表面的表征物体的表面是物质存在的一种客观形式,固体从体相延伸到表面,最终在表面形成原子及其电子分布的终端,从而导致表面具有体相所不具备的新的特点和新的特征。
同时也破坏了物体的连续性,因此,研究物体的表面比研究物体的体相有更大的难度。
在表面分析中,由于表面层的光学干涉、表面缺陷、粒度大小等表面变化为微观变化,实测结果往往与常规观察的判断有很大的区别。
表面分析实际上是物质的近表面区域的分析(表面分析、薄膜分析和体相分析)。
聚合物因自身的特点,其表面的特性在许多技术中都是非常重要的。
就聚合物商品的最终用途而言,许多情况下表面性质是关键,其中包括黏结性能、电性能、光学性能和生物体的相容性,以及透气性、化学反映能力等。
这些性质的优劣将取决于聚合物表面具有的物理和化学结构。
而理解表面特性就需要对聚合物的表面从成分和结构上进行表征,对聚合物进行改性及加入添加剂以满足所需的要求同样需要对聚合物表面进行分析。
聚合物表面分析研究的范围很广,主要包括:①表面的组成和表面状态的研究,即对表面上的元素定性、定量分析、元素存在的价态及化学键的研究;②表面电子结构和几何结构的研究;③聚合物的黏性、改性、老化、接枝等的性能和结构方面的信息。
现在应用于聚合物表面分析的技术有很多,基于一个时期以来谱仪的开发,仪器性能及谱图阐释方面的诸多进展,许多表面表征方法趋于成熟。
本章将分别介绍红外光谱、X射线能谱、二次质子离谱、扫描电镜显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜等技术在聚合物表面表征方面的应用。
1.1 红外光谱1.1.1 红外光谱基本原理红外光谱简称IR。
通过红外光照射到物质分子只能激发分子内原子核之间的振动和转动能级的跃迁,因此红外光谱是通过测定这两种能级跃迁的信息来研究分子结构。
在红外光谱中,以波长或波数为横坐标,以强度或其他随波长变化的性质为纵坐标。
红外辐射光的波数可分为近红外区(10000—4000cm-1)、中红外区(4000—400cm-1)和远红外区(400—10 cm-1)。
高分子材料的界面性质研究高分子材料是一类重要的功能性材料,其应用领域涉及电子、光电子、医疗、化工等多个领域。
然而,高分子材料的性质与表现与其所处于的环境有着密切的关系,因此研究高分子材料的界面性质成为了一项十分重要的任务。
高分子材料的界面性质是指其与环境物质之间的相互作用和影响。
这些相互作用和影响可以来自不同的环境物质,如溶液、气体、固体等,也可以来自高分子材料表面上的不同部位或不同结构。
研究高分子材料的界面性质不仅可以帮助我们深入了解高分子材料的特性,还可以为高分子材料的应用提供指导和支持。
一、高分子材料表面的化学结构对界面性质的影响高分子材料的表面化学结构是影响其界面性质的重要因素之一。
对于聚合物材料而言,其表面化学结构可以通过不同的方法来调控,如表面化学修饰、聚合物侧链修饰等。
这些方法可以改变聚合物表面的化学键结构和表面电荷等因素,从而影响其在不同环境中的相互作用和影响。
例如,在水溶液中,聚乙烯醇(PVA)的表面化学结构会影响其在溶液中的吸附和分散行为。
实验结果表明,表面羟基官能团含量较高的PVA能够更好地分散在水溶液中,而表面羟基含量较低的PVA则容易凝聚成大团块,形成颗粒状的沉淀物质。
另外,聚合物表面的官能团结构也会影响其与其他物质之间的相互作用。
例如,含羧酸官能团的聚合物表面与钙离子之间会发生络合反应,从而形成钙离子的化合物沉淀。
因此,在高分子材料的应用中,需要对其表面化学结构进行精调和控制,以达到更高的应用性能和效率。
二、高分子材料的界面能对其应用性能的影响除了高分子材料表面的化学结构外,其界面能也是影响其应用性能的重要因素之一。
高分子材料与其他物质之间的相互作用和能量变化,表现在高分子材料的表面能和界面能上。
表面能和界面能的大小和差值对于高分子材料的润湿行为、附着性能、摩擦学性质等方面有着重要的影响。
例如,在涂料和涂层领域中,高分子材料的界面能可以影响其与基底材料之间的附着性能。
Chapter11、表面与界面的定义。
1)表面:固体与真空的界面;2)界面:相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”2、叙述表面与本体的不同点。
表面与本体:结构、化学组成、性质都存在不同。
材料与外界的相互作用是通过表面来进行的。
因此,表面具有特殊性,它的性质将直接影响材料的整体性质。
材料的性质虽然与组成的本体有关,但其表面对性能的影响却占很大的比重。
因为,不少性能是通过表面来实现的,如表面硬度、表面电导,同时,材料某些性能将通过表面受到外界环境的影响。
3、什么叫相界面?有哪几类?1)相界面:相邻相之间的交界面成为相界面。
2)分为3类:固相与固相的界面,固相与气相的界面,固相与液相的界面。
4、材料表面与界面的表征手段有哪些?材料表面与界面的表征主要通过对比表面积、表面张力(表面能)等测定来实现1)比表面积a静态吸附法(BET)(测量准确度和精度都很好,但达到吸附平衡慢,仪器装置较复杂,需要高真空系统,并且要使用大量的汞,逐步被动态吸附法所取代)b动态吸附法:常压流动法,气相色谱法(操作简单而快速)2)表面张力a高聚物熔体表面张力外推法(Y*T成直线关系,测定不同温度下高聚物熔体的表面张力,外推到20°C时的表面张力)b Zisman的浸润临界表面张力法(测定固体在已知表面张力的液体中的接触角)C还有几何平均方程求解法、状态方程测求法等等d理论计算:等张比容法、内聚能密度法、Tg参数计算法5、试述表面张力产生的原因。
材料的表面结构和性质与其本体有明显的差别,这是因为位于材料本体的原子受到周围原子的相互作用是相同的,处于对称力场之中,总的作用之和等于0;而处于表面的原子只有局部受到与本体相同的相互作用,而其余的部分则完全不同,表面由此产生表面张力。
6、单位体积的物体所具有的表面积称为比表面,请得出下列结果:(1)半径为r的球形颗粒,其比表面为:(2)质量为m,密度为p的球形颗粒的比表面:(3)边长为L的立方体的比表面为:(4)质量为m,密度为p的立方体的比表面为:沪3[欝严[韵"7•水蒸气迅速冷却至25C会发生过饱和现象。