材料科学与工程基础(表面能).ppt

表面能和表面张力 主讲：舒腾 首先什么是表面能和表面张力 根据定义，表面能是增加单位面积的表面所需要做的功，单位是 （焦耳· ） 表面张力：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线上的张力，单位是N· 最常用的测量液体表面能的方法： 将一根毛细管插入液体中，测定液体在毛细管中 上升的高度h，就可以求出液体的表面张力γ： 式中ρ为液体密度；g为重力加速度；r为毛细管半径；θ为接触角。 液体的表面张力随温度的升高而减小，这是因为热扰动减小了原子之间或分子之间的吸引力。 例如：水的表面张力在25℃时为0.072N· 在100℃时减小到0.059N· 液体 温度／℃ 表面能 Hg 20 0.48 Zn 650 0.75 Au 1130 1.10 Cu 1120~1150 1.10~1.27 钢（Fe-0.4％C） 1600 1.56 Pb 250 0.442 Ag 1000 0.92 Pt 1770 1.865 O 0 0.075 H2O 100 0.059 NaCl 800 0.114 NaCl 910 0.105 NaPO2 620 0.209 FeO 1420 0.585 AL2O3 2080 0.70 液体与固体表面特点 液体表面有自行缩小的趋势（表面分子相互吸引的结果） 要使液体表面增大就必须消耗一定数量 的功，所消耗的功便转化为表面能。 液体表面张力与表面能的数值是一样的，但是物理概念是不同的。 固体是一种刚性物质，其表面上 分子的流动性较差，它能够承受剪应力的错用，银子可以抵抗表面收缩的趋势。 固体的表面张力是根据在固体表面上增加 的原子以建立新的表面时所作的可逆功定义的。 杂质对物质的表面能产生的影响 如果某物质中含有少量表面张力较小的其他组分，则这些组分便会在表面层中富集，即使它们的含量很少，也可以使该物质的表面张力大大减小。 如果某物质中含有少量表面张力较大的其他组分，则这些组分便倾向于再该物质的体积内部富集，即这些组分在体内的浓度高于在表面层的浓度，对该物质的表面张力只有微弱的影响。 表面活化剂：对于物质表面张力能产生强烈影响的其他组分。 在熔融的铁液中，只要含有万分之五的氧和硫，就可以使铁液的表面张力由1.835下降为1.2。 对于许多固体金属、氮化物和碳化物的表面，氧能产生类似的影响。在这些材料的表面一旦形成氧的吸附层，就较难将其除去。 表面活化剂的一些应用