第五章表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1、第五章第五章 表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要 要點(diǎn)要點(diǎn)：固體的表面及結(jié)構(gòu)、固體的界面及：固體的表面及結(jié)構(gòu)、固體的界面及結(jié)構(gòu)、界面行為結(jié)構(gòu)、界面行為潤(rùn)濕與粘附、測(cè)定固潤(rùn)濕與粘附、測(cè)定固體表面結(jié)構(gòu)及成分的方法。體表面結(jié)構(gòu)及成分的方法。 主要內(nèi)容主要內(nèi)容：晶體表面結(jié)構(gòu)、粉體表面結(jié)構(gòu)、：晶體表面結(jié)構(gòu)、粉體表面結(jié)構(gòu)、玻璃表面結(jié)構(gòu)及實(shí)際固體表面結(jié)構(gòu)；潤(rùn)濕玻璃表面結(jié)構(gòu)及實(shí)際固體表面結(jié)構(gòu)；潤(rùn)濕表征及影響潤(rùn)濕的因素、粘附及其物理化表征及影響潤(rùn)濕的因素、粘附及其物理化學(xué)條件；各種表面分析及測(cè)試方法。學(xué)條件；各種表面分析及測(cè)試方法。5.1 固體的表面及其結(jié)構(gòu)固體的表面及其結(jié)構(gòu) 表面：固體與真空的

2、界面。表面：固體與真空的界面。 界面：相鄰兩個(gè)結(jié)晶空間的交界面界面：相鄰兩個(gè)結(jié)晶空間的交界面 相界面：相鄰相之間的交界面相界面：相鄰相之間的交界面 5.1.1 固體的表面固體的表面 5.1.1.1 理想表面理想表面：體內(nèi)結(jié)構(gòu)不變地延續(xù)到體內(nèi)結(jié)構(gòu)不變地延續(xù)到表面后中斷，是理論上結(jié)構(gòu)完整的二維點(diǎn)表面后中斷，是理論上結(jié)構(gòu)完整的二維點(diǎn)陣平面，忽略了熱運(yùn)動(dòng)熱擴(kuò)散和熱缺陷及陣平面，忽略了熱運(yùn)動(dòng)熱擴(kuò)散和熱缺陷及表面的物理化學(xué)現(xiàn)象等。表面的物理化學(xué)現(xiàn)象等。 5.1.1.2 清潔表面清潔表面：不存在任何吸附、催化不存在任何吸附、催化反應(yīng)、雜質(zhì)擴(kuò)散的物理反應(yīng)、雜質(zhì)擴(kuò)散的物理-化學(xué)效應(yīng)的表面化學(xué)效應(yīng)的表面。 臺(tái)階表

3、面：由有規(guī)則的或不規(guī)則的臺(tái)階的臺(tái)階表面：由有規(guī)則的或不規(guī)則的臺(tái)階的表面所組成。表面所組成。BaB2O4 臺(tái)階臺(tái)階表面形貌表面形貌 弛豫表面弛豫表面：表面晶體結(jié)構(gòu)與體內(nèi)基本相同，表面晶體結(jié)構(gòu)與體內(nèi)基本相同，但點(diǎn)陣參數(shù)略有差異，特別表現(xiàn)在垂直方但點(diǎn)陣參數(shù)略有差異，特別表現(xiàn)在垂直方向上，稱(chēng)為法向弛豫。向上，稱(chēng)為法向弛豫。 馳豫表面示意圖馳豫表面示意圖原因：原因：表面質(zhì)表面質(zhì)點(diǎn)受力出現(xiàn)不對(duì)點(diǎn)受力出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)。可以波及幾稱(chēng)?？梢圆皫讉€(gè)質(zhì)點(diǎn)層，越接個(gè)質(zhì)點(diǎn)層，越接近表層，變化越近表層，變化越顯著。顯著。重構(gòu)表面：重構(gòu)表面：表面晶體結(jié)構(gòu)和體內(nèi)出現(xiàn)了本質(zhì)的不同。表面晶體結(jié)構(gòu)和體內(nèi)出現(xiàn)了本質(zhì)的不同。在水平方向上的

4、周期性不同于體內(nèi)，但在垂直方向在水平方向上的周期性不同于體內(nèi)，但在垂直方向上與體內(nèi)相同。上與體內(nèi)相同。 重構(gòu)常表現(xiàn)為表面超結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，即兩維晶胞重構(gòu)常表現(xiàn)為表面超結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，即兩維晶胞的基矢按整數(shù)倍擴(kuò)大。的基矢按整數(shù)倍擴(kuò)大。 重構(gòu)表面示意圖重構(gòu)表面示意圖 5.1.1.3 吸附表面：吸附表面：在清潔表面上有來(lái)在清潔表面上有來(lái)自體內(nèi)擴(kuò)散到表面的雜質(zhì)和來(lái)自表面自體內(nèi)擴(kuò)散到表面的雜質(zhì)和來(lái)自表面周?chē)臻g吸附在表面上的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成周?chē)臻g吸附在表面上的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的表面。有時(shí)也稱(chēng)界面。的表面。有時(shí)也稱(chēng)界面。 根據(jù)原子在基底上的吸附位置，可分根據(jù)原子在基底上的吸附位置，可分為：頂吸附、橋吸附、填充吸附和中為：頂

5、吸附、橋吸附、填充吸附和中心吸附。心吸附。 5.1.1.4 固體的表面自由能和表面張力固體的表面自由能和表面張力 表面能表面能增加單位表面所需做的可逆功，單增加單位表面所需做的可逆功，單位位Jm-2。 表面張力表面張力產(chǎn)生單位長(zhǎng)度新表面所需的力，產(chǎn)生單位長(zhǎng)度新表面所需的力，單位單位Nm-1。 對(duì)沒(méi)有外力作用的表面系統(tǒng)，系統(tǒng)總表對(duì)沒(méi)有外力作用的表面系統(tǒng)，系統(tǒng)總表面能將自發(fā)趨向于最低化。面能將自發(fā)趨向于最低化。 液體表面能液體表面能 傾向于形成球形表面，降低總表面能。傾向于形成球形表面，降低總表面能。 液體表面能和表面張力具有相同的數(shù)值和液體表面能和表面張力具有相同的數(shù)值和量綱。量綱。 液體表面能

6、常用測(cè)定方法是將一毛細(xì)管插液體表面能常用測(cè)定方法是將一毛細(xì)管插入液體中測(cè)定。入液體中測(cè)定。 固體表面能固體表面能 一般不等于表面張力一般不等于表面張力，其差值與過(guò)程的彈性，其差值與過(guò)程的彈性應(yīng)變有關(guān)。應(yīng)變有關(guān)。原因?yàn)椋涸驗(yàn)椋?-固體表面質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有流動(dòng)性，能夠承受剪應(yīng)固體表面質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有流動(dòng)性，能夠承受剪應(yīng)力的作用。力的作用。 -固體的彈性變形行為改變了增加面積的做固體的彈性變形行為改變了增加面積的做功過(guò)程，不再使表面能與表面張力在數(shù)值上相功過(guò)程，不再使表面能與表面張力在數(shù)值上相等。等。如果固體在較高的溫度下能表現(xiàn)出足夠的質(zhì)點(diǎn)如果固體在較高的溫度下能表現(xiàn)出足夠的質(zhì)點(diǎn)可移動(dòng)性，則仍可近似認(rèn)為表面能與表

7、面張力可移動(dòng)性，則仍可近似認(rèn)為表面能與表面張力在數(shù)值上相等。在數(shù)值上相等。結(jié)論結(jié)論 表面能與鍵性：表面能與鍵性：表面能反映的是質(zhì)點(diǎn)間的引力表面能反映的是質(zhì)點(diǎn)間的引力作用，因此強(qiáng)鍵力的金屬和無(wú)機(jī)材料表面能較高。作用，因此強(qiáng)鍵力的金屬和無(wú)機(jī)材料表面能較高。 表面能與溫度：表面能與溫度：隨溫度升高表面能一般為減小。隨溫度升高表面能一般為減小。因?yàn)闊徇\(yùn)動(dòng)削弱了質(zhì)點(diǎn)間的吸引力。因?yàn)闊徇\(yùn)動(dòng)削弱了質(zhì)點(diǎn)間的吸引力。 表面能與雜質(zhì)：表面能與雜質(zhì)：物質(zhì)中含有少量使表面能減小物質(zhì)中含有少量使表面能減小的組分，則會(huì)在表面上富集并顯著降低表面能（表的組分，則會(huì)在表面上富集并顯著降低表面能（表面偏析）；若含有少量表面能增

8、加的組分，則傾向面偏析）；若含有少量表面能增加的組分，則傾向在體內(nèi)富集并對(duì)表面能影響不大。在體內(nèi)富集并對(duì)表面能影響不大。 對(duì)物質(zhì)表面張力產(chǎn)生強(qiáng)烈影響的組分稱(chēng)為表面對(duì)物質(zhì)表面張力產(chǎn)生強(qiáng)烈影響的組分稱(chēng)為表面活化劑，如熔融鐵中的氧和硫，氮化物和碳化物表活化劑，如熔融鐵中的氧和硫，氮化物和碳化物表面的氧。面的氧。 固體表面能確定的方法：固體表面能確定的方法：實(shí)驗(yàn)測(cè)定和理論實(shí)驗(yàn)測(cè)定和理論計(jì)算計(jì)算。 實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法 較普遍采用的是將固體熔化測(cè)定液態(tài)表面較普遍采用的是將固體熔化測(cè)定液態(tài)表面張力與溫度的關(guān)系，作圖外推到凝固點(diǎn)以張力與溫度的關(guān)系，作圖外推到凝固點(diǎn)以下來(lái)估算固體的表面張力。下來(lái)估算固體的表面張力

9、。 理論計(jì)算理論計(jì)算 理論計(jì)算比較復(fù)雜。理論計(jì)算比較復(fù)雜。 5.1.1.5 表面偏析：表面偏析：雜質(zhì)由體內(nèi)偏析到雜質(zhì)由體內(nèi)偏析到表面，使固體表面組成與體內(nèi)不同。表面，使固體表面組成與體內(nèi)不同。 對(duì)于理想固溶體，兩組分合金中表面對(duì)于理想固溶體，兩組分合金中表面張力較小的組分將在表面上偏析，表張力較小的組分將在表面上偏析，表面張力相等時(shí)，不存在偏析。面張力相等時(shí)，不存在偏析。 5.1.1.6 表面力場(chǎng)表面力場(chǎng) 晶體中質(zhì)點(diǎn)的受力場(chǎng)可認(rèn)為是有心對(duì)稱(chēng)的。晶體中質(zhì)點(diǎn)的受力場(chǎng)可認(rèn)為是有心對(duì)稱(chēng)的。 固體表面質(zhì)點(diǎn)力場(chǎng)對(duì)稱(chēng)性被破壞，存在有固體表面質(zhì)點(diǎn)力場(chǎng)對(duì)稱(chēng)性被破壞，存在有指向的剩余力場(chǎng)，使固體表面表現(xiàn)出對(duì)其指向

10、的剩余力場(chǎng)，使固體表面表現(xiàn)出對(duì)其他物質(zhì)有吸引作用（如吸附、潤(rùn)濕等），他物質(zhì)有吸引作用（如吸附、潤(rùn)濕等），該力稱(chēng)為固體表面力。該力稱(chēng)為固體表面力。 表面力分為化學(xué)力和分子引力。表面力分為化學(xué)力和分子引力。 化學(xué)力化學(xué)力：本質(zhì)是靜電力。主要來(lái)自表面質(zhì)：本質(zhì)是靜電力。主要來(lái)自表面質(zhì)點(diǎn)的不飽和鍵。點(diǎn)的不飽和鍵。 當(dāng)固體表面質(zhì)點(diǎn)通過(guò)不飽和鍵與被吸附物當(dāng)固體表面質(zhì)點(diǎn)通過(guò)不飽和鍵與被吸附物間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移時(shí)，產(chǎn)生化學(xué)力。間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移時(shí)，產(chǎn)生化學(xué)力。 實(shí)質(zhì)上是形成表面化合物。實(shí)質(zhì)上是形成表面化合物。 化學(xué)力的大小可用表面能的數(shù)值來(lái)估計(jì)。化學(xué)力的大小可用表面能的數(shù)值來(lái)估計(jì)。范德華力（分子引力）范德華力（分子引力

11、）： 定向作用力定向作用力( (靜電力靜電力) )：發(fā)生在極性分子發(fā)生在極性分子（離子）之間。相鄰兩個(gè)極化電矩相互作用（離子）之間。相鄰兩個(gè)極化電矩相互作用的力。的力。 誘導(dǎo)作用力：誘導(dǎo)作用力：發(fā)生在極性與非極性分子之發(fā)生在極性與非極性分子之間。指在極性分子作用下，非極性分子被極間。指在極性分子作用下，非極性分子被極化誘導(dǎo)出瞬時(shí)（暫態(tài)）的極化電矩，隨后與化誘導(dǎo)出瞬時(shí)（暫態(tài)）的極化電矩，隨后與原來(lái)的極性分子產(chǎn)生定向作用。原來(lái)的極性分子產(chǎn)生定向作用。 分散作用力分散作用力( (色散力色散力) )：發(fā)生在非極性分子發(fā)生在非極性分子之間。非極性分子瞬間電子分布并非嚴(yán)格之間。非極性分子瞬間電子分布并非嚴(yán)

12、格對(duì)稱(chēng)，呈現(xiàn)瞬間的極化電矩，產(chǎn)生瞬間極對(duì)稱(chēng)，呈現(xiàn)瞬間的極化電矩，產(chǎn)生瞬間極化電矩間相互作用?；娋亻g相互作用。 在固體表面上，化學(xué)力和范德華力可以同在固體表面上，化學(xué)力和范德華力可以同時(shí)存在，但兩者在表面力中所占比重，將時(shí)存在，但兩者在表面力中所占比重，將隨具體情況而定。隨具體情況而定。 5.1.2 固體的表面結(jié)構(gòu)固體的表面結(jié)構(gòu) 表面相表面相：固體表面包括所有與體相內(nèi)三維：固體表面包括所有與體相內(nèi)三維周期性結(jié)構(gòu)相偏離的表面原子層，一般是周期性結(jié)構(gòu)相偏離的表面原子層，一般是幾個(gè)原子層，厚度幾個(gè)原子層，厚度0.52.0nm。 表面結(jié)構(gòu)表面結(jié)構(gòu)：表面中的原子組成和排列方式。：表面中的原子組成和排列方

13、式。 5.1.2.1 晶體表面結(jié)構(gòu)晶體表面結(jié)構(gòu) 描述方式描述方式：微觀質(zhì)點(diǎn)的排列狀態(tài)：微觀質(zhì)點(diǎn)的排列狀態(tài)超細(xì)超細(xì)結(jié)構(gòu)；表面幾何形狀結(jié)構(gòu)；表面幾何形狀顯微結(jié)構(gòu)。顯微結(jié)構(gòu)。 影響因素：晶體質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力，鍵影響因素：晶體質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力，鍵強(qiáng)。強(qiáng)。 離子晶體表面雙電層離子晶體表面雙電層概念：概念：在離子晶體表面上，作用力較大、在離子晶體表面上，作用力較大、極化率小的正離子處于穩(wěn)定的晶格位置。極化率小的正離子處于穩(wěn)定的晶格位置。為降低表面能，各離子周?chē)幕プ饔脤⒈M為降低表面能，各離子周?chē)幕プ饔脤⒈M量趨于對(duì)稱(chēng)，因而量趨于對(duì)稱(chēng)，因而M+離子在周?chē)|(zhì)點(diǎn)作用離子在周?chē)|(zhì)點(diǎn)作用下向晶體內(nèi)靠攏，而易極化

14、的下向晶體內(nèi)靠攏，而易極化的X離子受誘離子受誘導(dǎo)極化偶極子的排斥而被推向外側(cè)形成表導(dǎo)極化偶極子的排斥而被推向外側(cè)形成表面雙電層。面雙電層。說(shuō)明：說(shuō)明：下圖示出下圖示出AXAX型離子晶體的極化與重排。型離子晶體的極化與重排。 圖（圖（A）理想表面；）理想表面； 圖（圖（B）X離子受離子受M+ 離子的作用誘導(dǎo)出離子的作用誘導(dǎo)出偶極子；偶極子； 圖（圖（C）產(chǎn)生表面弛豫、離子重排）產(chǎn)生表面弛豫、離子重排。離子晶體雙電層的產(chǎn)生使表面層鍵性改變。離子晶體雙電層的產(chǎn)生使表面層鍵性改變。即共價(jià)鍵性增強(qiáng)，固體表面被一層負(fù)離子所即共價(jià)鍵性增強(qiáng)，固體表面被一層負(fù)離子所屏蔽而導(dǎo)致組成非化學(xué)計(jì)量。屏蔽而導(dǎo)致組成非化學(xué)

15、計(jì)量。離子晶體表面的電子云變形和離子重排離子晶體表面的電子云變形和離子重排 NaClNaCl晶體晶體(100)(100)面表面雙電層面表面雙電層 5.1.2.2 粉體表面結(jié)構(gòu)粉體表面結(jié)構(gòu) 隨著粒子的微細(xì)化，比表面增大，表面結(jié)隨著粒子的微細(xì)化，比表面增大，表面結(jié)構(gòu)的有序程度受到愈來(lái)愈強(qiáng)烈的擾亂，并構(gòu)的有序程度受到愈來(lái)愈強(qiáng)烈的擾亂，并不斷向顆粒深部擴(kuò)展，最后使粉體表面結(jié)不斷向顆粒深部擴(kuò)展，最后使粉體表面結(jié)構(gòu)趨于無(wú)定形化。構(gòu)趨于無(wú)定形化。 5.1.2.3 玻璃表面結(jié)構(gòu)玻璃表面結(jié)構(gòu) 由于玻璃比同組成的晶體具有更大的內(nèi)能，由于玻璃比同組成的晶體具有更大的內(nèi)能，表面力場(chǎng)的作用比晶體更加明顯。表面力場(chǎng)的作用

16、比晶體更加明顯。 在化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)上，表面層與內(nèi)部差異在化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)上，表面層與內(nèi)部差異較大。較大。 如含有極化性能較高的離子的鉛玻璃等，如含有極化性能較高的離子的鉛玻璃等，其表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)明顯會(huì)受到這些離子的其表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)明顯會(huì)受到這些離子的在表面的排列取向的影響在表面的排列取向的影響 5.1.2.4 固體表面的幾何結(jié)構(gòu)固體表面的幾何結(jié)構(gòu) 表面粗糙度引起表面力場(chǎng)的變化，進(jìn)而影表面粗糙度引起表面力場(chǎng)的變化，進(jìn)而影響其表面結(jié)構(gòu)：響其表面結(jié)構(gòu)： (1)固體表面粗糙度使表面力場(chǎng)變得不均勻，固體表面粗糙度使表面力場(chǎng)變得不均勻，其活性和其他表面性質(zhì)也隨之發(fā)生變化；其活性和其他表面性質(zhì)也隨之發(fā)生變化；

17、 (2)還將影響到固體比表面積、內(nèi)、外表面還將影響到固體比表面積、內(nèi)、外表面積比值以及與之相關(guān)的屬性。積比值以及與之相關(guān)的屬性。 (3)關(guān)系到兩種材料間的封接和結(jié)合界面的關(guān)系到兩種材料間的封接和結(jié)合界面的吻合和結(jié)合強(qiáng)度。吻合和結(jié)合強(qiáng)度。 粗糙度參數(shù)粗糙度參數(shù) 表面微裂紋將強(qiáng)烈影響表面性質(zhì)，起著應(yīng)表面微裂紋將強(qiáng)烈影響表面性質(zhì)，起著應(yīng)力倍增器的作用。力倍增器的作用。 玻璃斷裂理論玻璃斷裂理論 式中式中 R斷裂強(qiáng)度；斷裂強(qiáng)度； C微裂紋長(zhǎng)度；微裂紋長(zhǎng)度； E彈性模量；彈性模量； a 表面自由能。表面自由能。CEaR25.2 固體的界面及其結(jié)構(gòu)固體的界面及其結(jié)構(gòu) 5. 2.1 固體的界面固體的界面 5

18、.2.1.1 界面的類(lèi)型界面的類(lèi)型 平移界面平移界面：在結(jié)構(gòu)相同的晶體中，一部分：在結(jié)構(gòu)相同的晶體中，一部分相對(duì)于另一部分平移滑動(dòng)一個(gè)位移矢量相對(duì)于另一部分平移滑動(dòng)一個(gè)位移矢量R后后的形成的界面。的形成的界面。 反相界面反相界面(APB)：R等于結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣矢量；等于結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣矢量； 層錯(cuò)層錯(cuò)(AF)：R不等于結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣矢量。不等于結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣矢量。APB原子排列平移界面二維模型原子排列平移界面二維模型AF原子排列平移界面二維模型原子排列平移界面二維模型 孿晶界面孿晶界面：孿晶位移矢：孿晶位移矢量量R的方向和指向恒定，的方向和指向恒定，但矢量的大小隨離開(kāi)界但矢量的大小隨離開(kāi)界面的距離而漸增。又叫面

19、的距離而漸增。又叫取向界面。取向界面。 表示方法表示方法：用孿晶兩部：用孿晶兩部分衍射矢量分衍射矢量g和和g之差表之差表示。示。 混合界面混合界面：孿晶界面和：孿晶界面和平移界面的混合。平移界面的混合。 5.2. 2 陶瓷晶界結(jié)構(gòu)陶瓷晶界結(jié)構(gòu)5.3 潤(rùn)濕與粘附潤(rùn)濕與粘附 潤(rùn)濕是固液界面的重要行為。潤(rùn)濕是固液界面的重要行為。機(jī)械潤(rùn)滑、注水采油、油漆涂布、金機(jī)械潤(rùn)滑、注水采油、油漆涂布、金屬焊接、搪瓷坯釉、陶瓷屬焊接、搪瓷坯釉、陶瓷/金屬的封接金屬的封接等工藝和理論都與潤(rùn)濕過(guò)程有關(guān)。等工藝和理論都與潤(rùn)濕過(guò)程有關(guān)。 潤(rùn)濕的熱力學(xué)定義：固體與液體接觸潤(rùn)濕的熱力學(xué)定義：固體與液體接觸后能使體系的吉布斯自

20、由能降低，稱(chēng)后能使體系的吉布斯自由能降低，稱(chēng)為潤(rùn)濕。為潤(rùn)濕。5.3.1 潤(rùn)濕的類(lèi)型潤(rùn)濕的類(lèi)型附著潤(rùn)濕附著潤(rùn)濕 （沾濕）、鋪展?jié)櫇瘢ㄕ礉瘢佌節(jié)櫇?（鋪展）、（鋪展）、 浸漬潤(rùn)濕浸漬潤(rùn)濕 （浸濕）（浸濕）附著潤(rùn)濕附著潤(rùn)濕概念：液體和固體接觸，變液概念：液體和固體接觸，變液/ /氣和固氣和固/ /氣為固氣為固/ /液界面。液界面。設(shè)三種界面的面積均為單位值，比表面吉布斯自由能分設(shè)三種界面的面積均為單位值，比表面吉布斯自由能分別為別為 、 、 ，則過(guò)程吉布斯自由能變化：，則過(guò)程吉布斯自由能變化： 逆過(guò)程：逆過(guò)程： 相當(dāng)于外界所做的功相當(dāng)于外界所做的功W W： W W 稱(chēng)為附著功或粘附功。稱(chēng)為附著功

21、或粘附功。此值越大固液界面結(jié)合越牢，此值越大固液界面結(jié)合越牢，即附著潤(rùn)濕越強(qiáng)。即附著潤(rùn)濕越強(qiáng)。LVSVSL)(1SVLVSLGSLSVLVG2SLSVLVW 附著功示意圖附著功示意圖鋪展?jié)櫇皲佌節(jié)櫇窀拍睿阂旱温湓谇鍧嵠交腆w表面的過(guò)程。概念：液滴落在清潔平滑固體表面的過(guò)程。忽略液體重力和粘度影響，則鋪展是由固忽略液體重力和粘度影響，則鋪展是由固/ /氣氣(SV)(SV)、固、固/ /液液( (SLSL) )和液和液/ /氣氣( (LVLV) )三個(gè)界面張力所決定：三個(gè)界面張力所決定： 式中式中是潤(rùn)濕角；是潤(rùn)濕角； F F 稱(chēng)潤(rùn)濕張力。稱(chēng)潤(rùn)濕張力。 90 90不潤(rùn)濕；不潤(rùn)濕； 90 。 三種鋪展

22、潤(rùn)濕 cosLVSLSVSLSVLVFcosSVSL浸漬潤(rùn)濕浸漬潤(rùn)濕概念：固體浸入液體中的過(guò)程，固概念：固體浸入液體中的過(guò)程，固/ /氣界面代替固氣界面代替固/ /液界面。液界面。相應(yīng)自由能變化：相應(yīng)自由能變化： 若若 ，則，則 90 90，浸漬潤(rùn)濕過(guò)程自發(fā)進(jìn)行。，浸漬潤(rùn)濕過(guò)程自發(fā)進(jìn)行。若若 90 90，固體浸于液體必須做功。，固體浸于液體必須做功?？偨Y(jié)總結(jié)： 三種潤(rùn)濕的共同點(diǎn)是液體將氣體從固體表面排開(kāi)，使原有三種潤(rùn)濕的共同點(diǎn)是液體將氣體從固體表面排開(kāi)，使原有 的固的固/ /氣氣( (或液或液/ /氣氣) )界面消失，以固界面消失，以固/ /液界面取代。液界面取代。 鋪展是潤(rùn)濕的最高標(biāo)準(zhǔn)，能鋪

23、展則必能附著和浸漬。鋪展是潤(rùn)濕的最高標(biāo)準(zhǔn)，能鋪展則必能附著和浸漬。 改善潤(rùn)濕性主要取決于改善潤(rùn)濕性主要取決于 、 和和 的相對(duì)大小。改的相對(duì)大小。改 變變 困難，實(shí)際上更多的是考慮改變困難，實(shí)際上更多的是考慮改變 和和 。cosSLSVLVGSVSLSLSVSVSVSLSLLVLV真實(shí)固體表面的潤(rùn)濕真實(shí)固體表面的潤(rùn)濕表面粗糙和污染時(shí)，對(duì)潤(rùn)濕過(guò)程會(huì)產(chǎn)生影響。表面粗糙和污染時(shí)，對(duì)潤(rùn)濕過(guò)程會(huì)產(chǎn)生影響。從熱力學(xué)平衡考慮，界面位置的微小移動(dòng)所產(chǎn)生的界面能的從熱力學(xué)平衡考慮，界面位置的微小移動(dòng)所產(chǎn)生的界面能的凈變化應(yīng)為零。凈變化應(yīng)為零。設(shè)固體表面從圖中的設(shè)固體表面從圖中的A A點(diǎn)推進(jìn)到點(diǎn)推進(jìn)到B B點(diǎn)，固點(diǎn)，固/ /液界面積擴(kuò)大了液界面積擴(kuò)大了 ，而固體表面減小了而固體表面減小了 ，液，液/ /氣界面則增加了氣界面則增加了 coscos，平衡時(shí)，平衡時(shí)有：有： 表面粗糙度對(duì)潤(rùn)濕的影響n(yōu)cos0SLLVSVSSS SSS對(duì)實(shí)際表面，可認(rèn)為比表觀面積大對(duì)實(shí)際表面，可認(rèn)為比表觀面積大n n倍。當(dāng)界面位置由倍。當(dāng)界面位置由AA移移到到BB點(diǎn)，真實(shí)表面積增大了點(diǎn)，真實(shí)表面積增大了n n ，固氣界面減小了，固氣界面減小了n n ，而液氣界面積則增大了而液氣界面積則增大了 cos cos ，于是有：，于是有： 式中式中 n n 是表面粗糙度系數(shù)。由于是表面粗糙度系數(shù)。由于n n大于大于1 1，故，