材料表界面(华东理工大学).ppt

考 核 方 式 平时成绩： 30％ （包括考勤15％和课堂练习、作业等15％） 期末考试： 70％ 课 程 内 容 绪论 液体表面 固体表面 固液表面 表面活性剂 高分子材料的表面张力 聚合物的表面改性 复合材料的界面 绪论 材料科学、信息科学和生命科学是当前新技术革命中的三大前沿科学，材料的表界面在材料科学中有重要的地位 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、复合等等，无不与材料的表界面密切有关。 绪论 例：国产拉丝机与国外的主要差距在于拉丝轮的寿命：国产的为半年，国外先进的为五年。 原因：在于材料的表面处理，基体材料是一样的。在拉丝轮的外圈，涂一层高硬度、低摩擦系数的陶瓷涂层。国内的技术还不能达到。 绪论 绪论 材料表面的结构和化学组成，与材料内部有明显的差别； （1）多组份材料； （2）单组份材料。 材料的制备和使用性能，会受到表面特性的强烈影响。 绪论 表界面 表界面 表界面 表界面 表界面 1.1.1 物理表面 1.1.1 物理表面 1.1.1 物理表面 1.1.1 物理表面 吸附(adsorption)是指在固相－气相、固相－液相、固相－固相、液相－气相、液相－液相等体系中，某个相的物质密度或溶于该相的溶质浓度在界面上发生改变（与本体相不同）的现象。 1.1.2 材料表面 机械作用界面 切削，研磨，抛光，喷砂，磨损等 化学作用界面 反应，粘接，氧化，腐蚀等 固体结合界面 真空，加热，加压，界面扩散等 液相或气相沉积界面 凝固共生界面 粉末冶金界面 热压，热锻，烧结，热喷涂等 粘结界面 无机或有机粘结剂粘结两固体 熔焊界面 固体表面形成熔体，凝固而成 1.2表界面科学发展史 1875～1878 Gibbs定律； 1913～1942 Langmuir的贡献；（获1932年诺贝尔化学奖） (蒸发、凝聚、吸附、单分子膜等表界面的研究） 20世纪40年代前 表面化学成果大量应用生产； 50年代以后，微型化、IT发展促进表面化学发展； 60年代末～，由于超高真空技术的发展，电子光学仪器的发展，能谱仪的发展，表面现象向微观领域发展； 2007年，格哈德·埃特尔获诺贝尔化学奖。 关于格哈德·埃特尔 ： 获奖原因：“固体表面化学过程的研究”； 氮是生命体的基本元素，存在与氨基酸 蛋白质和核酸中，空气中也富含氮气。 固氮法： 自然界固氮法：（1）闪电：10％； （2）固氮细菌：65％； 最后的25％，是合成氨的方法（哈伯－博施法）。进一步制成化肥。奠定了现代农业的基础。哈伯获1918年诺贝尔化学奖。 氮原子还是氮分子？ （1）表面化学在哈伯－博施过程发挥了重要作用。因为这个过程必须以精细的铁粉作为催化剂，让氮气与氢气同时被吸附到铁粉表面，然后进行反应。 （2）早期的研究表明，氢分子在铁粉表面立即断裂，并以氢原子的形式吸附在表面。 （3）埃特尔在增加氢气的同时测量了铁粉表面氮原子的浓度，发现氢增加得越多，铁表面氮原子的浓度就越低，这表明氮是以原子而不是分子的形式与氢反应。 找出最慢的一步： （1）发现氮分子分裂成氮原子这一过程限制了整个反应过程的速度，而且，一旦两个氮原子从彼此的束缚中解放出来，它们立刻与周围的氢原子结合生成氨。 氮分子分裂的速度大大慢于反应中的其他步骤，这意味着后续反应都是在瞬间进行的，很难再寻找方法来研究这些步骤。如何研究后续的反应步骤？ 埃特尔对哈伯－博施过程的研究，表明了他的实验思想和方法的建立过程。利用高度受控的系统，他成功测量了每一个反应步骤的速率和反应动能，这些数据又被用于更有实际应用价值的反应过程的计算。这就是埃特尔的方法学不仅对基础研究，而且对工业模型的建立也极为重要的原因。 1.3表界面研究的重要性 表、界面现象一览表 分类 表、界面现象 作为表面活性剂 肥皂和洗涤剂（表面活性剂） 材料制造的产品 乳化剂和稳定剂（非表面活性剂） 除草剂和杀虫剂 织物软化剂 表界面现象的直接应用 润滑、粘接