第5章-表面结构与性质——材料科学基础课件

5.1 固体的表面及其结构固体的表面及其结构5.2 固体的界面及其结构固体的界面及其结构5.3 润湿与粘附润湿与粘附5.4 测定固体表面成分和结构的测定固体表面成分和结构的 方法方法第五章第五章 表面结构与性质表面结构与性质5.1 固体的表面及其结构第五章 表面结构与性质德国科学家格哈德德国科学家格哈德埃特尔埃特尔2007年年度度诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖获获得得者者，表表彰彰他他在在表表面面化化学学领领域域做做了了开开创创性性研研究究，建建立了表面化学的研究方法。立了表面化学的研究方法。通通过过表表面面化化学学过过程程的的研研究究，向向人人们们展展示示不不同同实实验验过过程产生表面反应的全貌：程产生表面反应的全貌：铁为什么生锈铁为什么生锈?汽车内催化剂如何工作汽车内催化剂如何工作?氢在金属表面的吸附；氨合成的分子机理氢在金属表面的吸附；氨合成的分子机理德国科学家格哈德埃特尔2007年度诺贝尔化学奖获得者，表彰5.1 固体的表面及其结构固体的表面及其结构相界面相界面:固相与固相的相界面（固相与固相的相界面（S/S）固相与气相之间的相界面（固相与气相之间的相界面（S/V）固相与液相之间的相界面（固相与液相之间的相界面（S/L）界面：界面：相邻两个结晶空间的交界面相邻两个结晶空间的交界面表面：表面：固体与真空的界面固体与真空的界面相界面：相界面：相邻相之间的交界面相邻相之间的交界面5.1 固体的表面及其结构相界面:固相与固相的相界面（S5.1.1 固体的表面固体的表面一一、理理想想表表面面：体体内内结结构构不不变变地地延延续续到到表表面面后后中中断断，是是理理论论上上结结构构完完整整的的二二维维点点阵阵平平面面，忽忽略略了了热运动、热扩散和热缺陷及表面的物理化学现象。热运动、热扩散和热缺陷及表面的物理化学现象。二二、清清洁洁表表面面：无无吸吸附附、催催化化反反应应、杂杂质质扩扩散散等等物物理理-化化学学效效应应的的表表面面，化化学学组组成成与与体体内内相相同同，但但周期结构可以不同于体内。周期结构可以不同于体内。理想表面结理想表面结构示意图构示意图5.1.1 固体的表面一、理想表面：体内结构不变地延续到表面Pt（557）有序原子台阶表面示意图）有序原子台阶表面示意图(1)台台阶阶表表面面：由由有有规规则则的的或或不不规规则则的的台台阶阶的的表表面面所所组组成。成。BaB2O4 台阶表面形貌台阶表面形貌Pt（557）有序原子台阶表面示意图(1)台阶表面：由有规(2)弛弛豫豫表表面面：表表面面晶晶体体结结构构与与体体内内基基本本相相同同，但但点点阵阵参参数数略略有有差差异异，特特别别表表现现在在垂垂直直方方向向上上，称称为为法向弛豫。法向弛豫。弛豫表面示意图弛豫表面示意图 d0d原因原因表面质点受力出现不对表面质点受力出现不对称。可以波及几个质点称。可以波及几个质点层，越接近表层，变化层，越接近表层，变化越显著。越显著。(2)弛豫表面：表面晶体结构与体内基本相同，但点阵参数略有(3)重重构构表表面面：表表面面晶晶体体结结构构和和体体内内出出现现本本质质的的不不同同。在在水水平平方方向向上上的的周周期期性性不不同同于于体体内内，但但在垂直方向上与体内相同。在垂直方向上与体内相同。重构表面示意图重构表面示意图(3)重构表面：表面晶体结构和体内出现本质的不同。在水平方向三、吸附表面三、吸附表面：吸附表面有时也称界面。它是在清吸附表面有时也称界面。它是在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围空间吸附在表面上的质点所构成的表面。周围空间吸附在表面上的质点所构成的表面。根据原子在基底上的吸附位置，一般可分为四种吸根据原子在基底上的吸附位置，一般可分为四种吸附情况，即顶吸附、桥吸附、填充吸附和中心吸附附情况，即顶吸附、桥吸附、填充吸附和中心吸附等。等。三、吸附表面：吸附表面有时也称界面。它是在清洁表面上有来自体四、四、固体的表面自由能和表面张力固体的表面自由能和表面张力通通常常条条件件下下，固固体体中中原原子子、分分子子彼彼此此间间的的相相对对运运动动比比液体中的原子、分子要困难得多。液体中的原子、分子要困难得多。(1)在在表表面面原原子子总总数数不不变变的的条条件件下下，通通过过弹弹性性形形变变可可使使表表面面积积增增加加，固固体体的的表表面面自自由由能能中中包包含含了了弹弹性性能能，固体固体表面张力在数值上不等于表面自由能表面张力在数值上不等于表面自由能；(2)原原子子组组成成和和排排列列各各向向异异性性，表表面面张张力力是是各各向向异异性性的，不同晶面的表面自由能不同的，不同晶面的表面自由能不同(4)固固体体的的表表面面自自由由能能和和表表面面张张力力的的测测定非常困难。定非常困难。(3)表表面面处处于于非非平平衡衡状状态态,决决定定其其形形态态的的是是形形成成条条件及所经历的历史件及所经历的历史；四、固体的表面自由能和表面张力通常条件下，固体中原子、分子五五、表表面面偏偏析析：杂杂质质由由体体内内偏偏析析到到表表面面，使使固固体体表面组成与体内不同表面组成与体内不同对于理想固溶体，两组分合金中表面张力较小的对于理想固溶体，两组分合金中表面张力较小的组分将在表面上偏析；但二者表面张力相等时，组分将在表面上偏析；但二者表面张力相等时，不存在偏析。不存在偏析。六六、表表面面力力场场：固固体体表表面面上上的的吸吸引引作作用用，是是固固体体的的表表面面力力场场和和被被吸吸引引质质点点的的力力场场相相互互作作用用所所产产生生的的，这这种种相相互互作作用用力力称称为为固固体体表表面面力力，是是固固体体表表面吸引液体、气体分子或固体近质点的原因。面吸引液体、气体分子或固体近质点的原因。依性质不同，表面力可分为：化学力和分子引力依性质不同，表面力可分为：化学力和分子引力五、表面偏析：杂质由体内偏析到表面，使固体表面组成与体内不同(1)(1)化学力：本质上是静电力化学力：本质上是静电力主要来自表面质点的不饱和价键，主要来自表面质点的不饱和价键，当固体吸附剂当固体吸附剂利用表面质点的不饱和价键将吸附物吸附到表面利用表面质点的不饱和价键将吸附物吸附到表面之后，各吸附剂与吸附物之间发生电子转移，产之后，各吸附剂与吸附物之间发生电子转移，产生了化学力。生了化学力。(2)分分子子引引力力（范范德德华华力力），一一般般是是指指固固体体表表面面与与被被吸吸附附质质点点之之间间相相互互作作用用力力，是是物物理理吸吸附附与与气气体体凝凝聚聚的主要原因，来源于三种不同效应：的主要原因，来源于三种不同效应：A.A.定向作用。主要发生在极性分子（离子）之间定向作用。主要发生在极性分子（离子）之间;B.B.诱导作用。发生在极性分子与非极性分子之间诱导作用。发生在极性分子与非极性分子之间;C.C.分散作用。非极性分子之间的瞬间极化作用。分散作用。非极性分子之间的瞬间极化作用。(1)化学力：本质上是静电力主要来自表面质点的不饱和价键，5.1.2 固体的表面结构固体的表面结构表面相表面相：固体表面包括所有与体：固体表面包括所有与体相内三维周期性结构相偏离的表相内三维周期性结构相偏离的表面原子层，一般是一到几个原子面原子层，一般是一到几个原子层，厚度层，厚度0.52.0nm。表表面面结结构构：表表面面中中的的原原子子组组成成和和排排列列方方式式。表表面面相相中中原原子子组组成成和和排排列列发发生生：表表面面驰驰豫豫；表表面面重重构构；表面台阶等。表面台阶等。5.1.2 固体的表面结构表面相：固体表面包括所有与体相内三描描述述：微微观观质质点点的的排排列列状状态态超超细细结结构；表面几何形状构；表面几何形状显微结构。显微结构。液液体体通通过过形形成成球球形形表表面面来来降降低低系系统统的的表表面面能能；固固体体质质点点不不能能自自由由移移动动，如如何何降降低系统的表面能的？低系统的表面能的？通通过过表表面面质质点点的的极极化化、变变形形、重重排排来来降降低低系系统统的的表表面面能能，结结果果导导致致晶晶体体表表面面附附近近晶晶格格畸畸变，使表面结构与晶体内部有所不同。变，使表面结构与晶体内部有所不同。一、晶体表面结构一、晶体表面结构描述：微观质点的排列状态超细结构；表面几何形状显微结构。威尔研究了晶体表面结构，提出了威尔研究了晶体表面结构，提出了离子晶体表面双离子晶体表面双电层模型，电层模型，认为键强是影响表面结构的重要因素。认为键强是影响表面结构的重要因素。表面能减少表面能减少NaCl晶体晶体 表表面面离离子子受受内内部部离离子子作作用用，电电子子云变形云变形离子重排离子重排威尔研究了晶体表面结构，提出了离子晶体表面双电层模型，认为键晶体内部晶体内部晶体表面晶体表面0.281nm0.266nm0.020nm0.286nmNaCl表面层中表面层中Na+向里；向里；Cl-向外移动并形成双电层向外移动并形成双电层晶体内部晶体表面0.281nm0.266nm0.020nm0表表面面双双电电层层建建立立过过程程中中，负负离离子子向向外外侧侧移移动动，正正离离子子向向内内侧侧移移动动，这这种种位位移移是是否否仅仅仅仅局局限限在在最最外外层层与次外层面网间？与次外层面网间？结结果果正正、负负离离子子间间的的键键强强从从外外向向内内，交交替替增增强强和和减减弱弱，离离子子间间距距离离也也是是交交替替缩缩短短和和增增长长，即即表表面面键键强强数数值值比较分散。比较分散。5个个离离子子层层范范围围内内，正正负负离离子子有有不不同同程程度度的的变变形形。负负离离子子总总是是向向外外移移动动；正正离离子子向向内内-向外交替位移。向外交替位移。NO！表面双电层建立过程中，负离子向外侧移动，正离子向内侧移动，这粉体：粉体：指微细的固体粒子集合体，具有极大的指微细的固体粒子集合体，具有极大的比表面积，因此表面结构状态对粉体有着决定比表面积，因此表面结构状态对粉体有着决定性影响。性影响。随着粒子的微细化，比表面增大，表面结构的随着粒子的微细化，比表面增大，表面结构的有序程度受到愈来愈强烈的扰乱，并不断向颗有序程度受到愈来愈强烈的扰乱，并不断向颗粒深部扩展，最后使粉体表面结构趋于无定形粒深部扩展，最后使粉体表面结构趋于无定形化。化。二、二、粉体表面结构粉体表面结构粉体：指微细的固体粒子集合体，具有极大的比表面积，因此表面结三、玻璃表面结构三、玻璃表面结构即使是新鲜的玻璃表面，其化学成分、结构也会不即使是新鲜的玻璃表面，其化学成分、结构也会不同于内部。这种差异可以从表面折射率、化学稳定同于内部。这种差异可以从表面折射率、化学稳定性、结晶倾向以及强度等性质的观测结果得到证实。性、结晶倾向以及强度等性质的观测结果得到证实。熔熔体体转转变变为为玻玻璃璃体体过过程程中中，为为保保持持最最小小表表面面能能，各成分按其对表面能的贡献能力自发转移和扩散。各成分按其对表面能的贡献能力自发转移和扩散。在玻璃成型和退火过程中，碱、氟等易挥发组分自在玻璃成型和退火过程中，碱、氟等易挥发组分自表面挥发损失。表面挥发损失。三、玻璃表面结构即使是新鲜的玻璃表面，其化学成分、结构也会不四、固体表面的几何结构四、固体表面的几何结构表表面面粗粗糙糙度度会会引引起起表表面面力力场场变变化化，进进而而影影响响其其表表面面性质。性质。粗粗糙糙度度还还直直接接影影响响到到固固体体比比表表面面积积、内内、外外表表面面积积比比值值以以及及与与之之相相关关的的属属性性，如如强强度度、密密度度、润润湿湿、孔隙率和孔隙结构、透气性和浸透性等。孔隙率和孔隙结构、透气性和浸透性等。四、固体表面的几何结构表面粗糙度会引起表面力场变化，进而影响表表面面微微裂裂纹纹是是由由于于缺缺陷陷或或外外力力作作用用而而产产生生。微微裂裂纹纹同同样样会会强强烈烈地地影影响响表表面面性性质质，对对于于脆脆性性材材料料的的强强度度这种影响尤为重要。这种影响尤为重要。脆脆性性材材料料的的理理论论强强度度约约为为实实际际强强度度的的几几百百倍倍，因因为为存存在在于于表表面面的的微微裂裂纹纹起起着着应应力力倍倍增增器器的的作作用用，使使位位于于裂裂缝缝尖尖端端的的实实际际应应力力远远远大于所施加的应力。远大于所施加的应力。R为为断断裂裂强强度度，C为为微微裂裂纹纹长长度度，E为弹性模量，为弹性模量，是表面自由能。是表面自由能。葛葛里里菲菲斯斯建建立立了了著著名名的的玻玻璃璃断断裂裂理理论论，并并导导出出了了材材料料实实际际断断裂强度与微裂纹长度的关系裂强度与微裂纹长度的关系表面微裂纹是由于缺陷或外力作用而产生。微裂纹同样会强烈地影响5.2 润湿与粘附润湿与粘附5.2 润湿与粘附1930年年Osterhof和和Bartell把把润润湿湿现现象象分分成成沾沾湿湿、浸浸湿湿和和铺铺展展三种类型。三种类型。5.2.1 润湿的类型润湿的类型润润湿湿是是一一种种流流体体从从固固体体表表面面置置换换另另一一种种流流体体的的过过程程。最最常常见见的的润润湿湿现现象象是是一一种种液液体体从从固固体体表表面面置置换换空空气气，如如水水在在玻玻璃璃表表面置换空气而展开。面置换空气而展开。润润湿湿的的热热力力学学定定义义：固固体体与与液液体体接接触触后后能能使使体体系系的的吉吉布布斯斯自自由能降低，称为润湿。由能降低，称为润湿。1930年Osterhof和Bartell把润湿现象分成沾湿一、沾湿一、沾湿G0，沾沾湿湿过过程程可可自自发发进进行。行。不不管管对对什什么么液液体体和和固固体体沾沾湿湿过程总是可自发进行的。过程总是可自发进行的。沾湿过程沾湿过程若若设设固固液液接接触触面面为为单单位位面面积积，在在恒恒温温恒恒压压下下，此此过过程程引引起起体体系系自自由能的变化：由能的变化：SVL一、沾湿G0，沾湿过程可自发进行。不管对什么液体和固体沾沾沾湿湿的的实实质质是是液液体体在在固固体体表表面面上上的的粘粘附附，沾沾湿湿的的粘粘附功附功Wa为为:讨论：讨论：(1)SL越小，则越小，则Wa越大，液体越易沾湿固体越大，液体越易沾湿固体;(2)若若Wa0，则则G0，沾湿过程可自发进行，沾湿过程可自发进行;(3)固固/液液界界面面张张力力总总是是小小于于它它们们各各自自的的表表面面张张力力之之和和，说说明明固固/液接触时，其粘附功总是大于零液接触时，其粘附功总是大于零;(4)不管对什么液体和固体沾湿过程总是可自发进行的。不管对什么液体和固体沾湿过程总是可自发进行的。沾湿的实质是液体在固体表面上的粘附，沾湿的粘附功Wa为:讨论SVL二、浸湿二、浸湿浸湿过程引起的体系自由能的变化浸湿过程引起的体系自由能的变化如果用浸润功如果用浸润功Wi来表示，则是来表示，则是若若Wi0，则，则G0，过程可自发进行。，过程可自发进行。浸湿过程与粘湿过程不同，不是所有浸湿过程与粘湿过程不同，不是所有液体和固体均可自发发生浸湿，而只液体和固体均可自发发生浸湿，而只有固体的表面自由能比固一液的界面有固体的表面自由能比固一液的界面自由能大时浸湿过程才能自发进行。自由能大时浸湿过程才能自发进行。SVL二、浸湿浸湿过程引起的体系自由能的变化如果用浸润功Wi置置一一液液滴滴于于一一固固体体表表面面。恒恒温温恒恒压压下下，若若此此液液滴滴在在固固体体表表面面上上自自动动展展开开形形成成液液膜，则称此过程为铺展润湿。膜，则称此过程为铺展润湿。SVL液体在固体表面的铺展液体在固体表面的铺展三、铺展三、铺展对对于于铺铺展展润润湿湿，常常用用铺铺展展系系数数SL/S来来表表示体系自由能的变化示体系自由能的变化Wa为为粘粘附附功功，Wc是是液液体体的的内内聚聚功功，只只要要液液体体对对固固体体的的粘粘附附功功大于液体的内聚功，液体即可在固体表面自发展开。大于液体的内聚功，液体即可在固体表面自发展开。置一液滴于一固体表面。恒温恒压下，若此液滴在固体表面上自动展（5）上上面面所所讨讨论论的的判判断断条条件件，均均需需固固体体的的表表面面自自由由能能和和固固一一液液界界面面自自由由能能，而而这这些些参参数数目目前前尚尚无无合合适适的的测测定定方方法法，因因而而定定量量地运用上面的判断条件是有困难的。地运用上面的判断条件是有困难的。（3）改改善善润润湿湿性性主主要要取取决决于于SV、SL和和LV的的相相对对大大小小。改改变变SV困困难难，实实际际上上更更多多的的是考虑改变是考虑改变SL和和LV；（1）三三种种润润湿湿的的共共同同点点是是液液体体将将气气体体从从固固体体表表面面排排开开，使使原原有有的的固固/气气(或或液液/气气)界界面面消失，以固消失，以固/液界面取代；液界面取代；（2）铺铺展展是是润润湿湿的的最最高高标标准准，能能铺铺展展则则必必能能附附着着和和浸浸湿；湿；（4）上上述述条条件件均均是是指指在在无无外外力力作作用用下下液液体体自自动动润润湿湿固固体体表表面面的的条条件件，即即可可从从理理论论上上判判断断一一个个润润湿湿过过程程是是否否能能够够自发进行；自发进行；总结总结（5）上面所讨论的判断条件，均需固体的表面自由能和固一液界面5.2.2 接触角和接触角和 Young方程方程SLV接接触触角角是是气气一一液液界界面面通通过过液液体体而而与与固固一一液液界界面面所所交交的的角角。1805年年，Young指指出出，接接触触角角的的问问题题可可当当作作平平面面固固体体上上液液滴滴受受三三个个界界面面张张力力的的作作用用来来处处理理。当当三三个个作作用用力力达达到到平平衡衡时时，应有下面关系应有下面关系著著名名的的Young方方程程，式式中中SV 和和LV 是是与与液液体体的的饱饱和和蒸蒸气气成成平平衡衡时时的的固固体体和和液液体体的的表表面面张张力力（或或表面自由能）。表面自由能）。5.2.2 接触角和 Young方程SLV接触角是气一液界面接触角是实验上可测定的一个量。有了接触角的数值，代入润接触角是实验上可测定的一个量。有了接触角的数值，代入润湿过程的判断条件式，即可得：湿过程的判断条件式，即可得：粘湿粘湿浸湿浸湿铺展铺展=0o或不存在，或不存在，S0根据上面三式，通过液体在固体表面上的接触角即可判断一种根据上面三式，通过液体在固体表面上的接触角即可判断一种液体对一种固体的润湿性能。液体对一种固体的润湿性能。接触角是实验上可测定的一个量。有了接触角的数值，代入润湿过程例题：例题：已知在高温下已知在高温下Al2O3(S)的表面张力为的表面张力为0.900N/m，液态液态Fe(L)的表面张力为的表面张力为1.720N/m，而，而Al2O3(S)和和Fe(L)的界面张力为的界面张力为2.300N/m。问接触角有多大？。问接触角有多大？SLV=144.49例题：已知在高温下Al2O3(S)的表面张力为0.900N/5.2.3 非理想固体表面上的接触角非理想固体表面上的接触角（1）固固体体表表面面本本身身或或由由于于表表面面污污染染（特特别别是是高高能能表表面面），固固体体表表面面化化学学组组成成往往是不均一的；往往是不均一的；（2）因因原原子子或或离离子子排排列列的的紧紧密密程程度度不不同同，不不同同晶晶面面具具有有不不同同的的表表面面自自由由能能；即即使使同同一一晶晶面面，因因表表面面的的扭扭变变或或缺缺陷陷，其其表表面自由能面自由能亦可能不同；亦可能不同；（3）表表面面粗粗糙糙不不平平等等原原因因，一一般般实实际际表表面面均均不不是是理理想想表表面面，给给接接触触角角的的测测定定带带来极大的困难。来极大的困难。5.2.3 非理想固体表面上的接触角（1）固体表面本身或由于表面粗糙度的影响表面粗糙度的影响表面粗糙度对润湿的影响表面粗糙度对润湿的影响从从热热力力学学平平衡衡考考虑虑，界界面面位位置置的的微微小小移移动动所所产产生生的的界界面面能能的的净净变变化化应应为为零零。设设固固体体表表面面从从图图中中的的A点点推推进进到到B点点，固固/液液界界面面积积扩扩大大了了s，而而固固体体表表面面减减小小了了s，液液/气气界界面面则则增增加加了了 cos，平衡时有：，平衡时有：对对实实际际表表面面，可可认认为为比比表表观观面面积大积大n倍倍,n为粗糙因子：为粗糙因子：表面粗糙度的影响表面粗糙度对润湿的影响从热力学平衡考虑，界面Wenzel方方程程，式式中中n被被称称为为粗粗糙糙因因子子，也也就就是是真真实实面面积积与与表表观观面面积积之之比比。对对于于粗糙表面，粗糙表面，n总是大于总是大于1。例：例：有机液体与金属之间的润湿属于前者；有机液体与金属之间的润湿属于前者；纯水与石蜡的润湿属于后者；纯水与石蜡的润湿属于后者；水泥与混凝土间的润湿水泥与混凝土间的润湿属于前者属于前者；陶瓷元件与液态银之间的润湿陶瓷元件与液态银之间的润湿属于前者属于前者浸浸湿湿的的前前提提下下，表表面面粗粗糙糙化化后后更更易易为为液体所润湿液体所润湿不不浸浸湿湿的的前前提提下下，表表面面粗粗糙糙化化后后更更不不易为液体所润湿。易为液体所润湿。Wenzel方程，式中n被称为粗糙因子，也就是真实面积与表观组合表面组合表面假设由两种不同化学组成的表面组合而成的理想光滑平面，假设由两种不同化学组成的表面组合而成的理想光滑平面，是以极小块的形式均匀分布在表面上的，又设当液滴在表是以极小块的形式均匀分布在表面上的，又设当液滴在表面展开时两种表面所占的分数不变。面展开时两种表面所占的分数不变。此此即即Cassie方方程程。c为为液液体体在在组组合合表表面面上上的的接接触触角角，1和和2为为液体在纯液体在纯1和纯和纯2表面上的接触角。表面上的接触角。组合表面假设由两种不同化学组成的表面组合而成的理想光滑平面，上上述述各各式式中中的的SV是是固固体体露露置置于于蒸蒸气气中中的的表表面面张张力力，因因而而表表面面带带有有吸吸附附膜膜，它它与与除除气气后后的的固固体体在在真真空空中中的的表表面面张张力力SO不不同同，通通常常要要低低得得多多。吸吸附附膜膜将将会会降降低低固固体体表表面面能能，其其数数值值等于吸附膜的表面压等于吸附膜的表面压，即即 代入代入Young方程：方程：吸附膜吸附膜该式表明，吸附膜的存在使接触角增大，起着阻碍液该式表明，吸附膜的存在使接触角增大，起着阻碍液体铺展的作用。体铺展的作用。上述各式中的SV是固体露置于蒸气中的表面张力，因而表面带有5.2.4 测定固体表面张力的方法测定固体表面张力的方法（1）临临界界表表面面张张力力测测定定法法，由由一一系系列列已已知知表表面面张张力力的的液液体体置置于于高高分分子子固固体体表表面面上上，测测其其接接触触角角，然然后后作作出出Zisman 曲线。曲线。（2）利利用用高高聚聚物物液液体体或或熔熔体体的的表表面面张张力力与与温温度度的的关关系系求求固固体体的的表表面面张张力力，由由液液态态表表面面张张力力外外推推至至固固态态表表面张力。面张力。（3）估估算算法法，已已知知表表面面上上原原子子的的配配位位数数和和蒸蒸发发能能，可可计计算算每每个个原子的表面能和单位面积的表面能，即表面张力。原子的表面能和单位面积的表面能，即表面张力。5.2.4 测定固体表面张力的方法（1）临界表面张力测定法，5.2.5 粘附及其化学条件粘附及其化学条件固固体体表表面面的的剩剩余余力力场场不不仅仅可可与与气气体体分分子子及及溶溶液液中中的的质质点点相相互互作作用用发发生生吸吸附附，还还可可与与其其紧紧密密接接触触的的固固体体或或液液体体的的质质点点相相互互吸吸引引而而发发生生粘粘附附。粘粘附附现现象象的的本本质是两种物质之间表面力作用的结果。质是两种物质之间表面力作用的结果。粘粘附附通通常常是是发发生生在在固固液液界界面面上上的的行行为为并并决决定定于于如下条件：如下条件：(1)润湿性润湿性 (2)粘附功（粘附功（W）(3)粘附面的界面张力粘附面的界面张力SL (4)相溶性或亲和性相溶性或亲和性 5.2.5 粘附及其化学条件固体表面的剩余力场不仅可与气体润湿性润湿性粘附功粘附功(W)粘粘附附面面充充分分润润湿湿是是保保证证粘粘附附处处致致密密和和强强度度的的前前提提。润润湿湿愈愈好好粘粘附附也也愈愈好好。润润湿湿性性可可用用临临界界表表面面张张力力C 或润湿张力或润湿张力LV.cos来度量，其关系由下式决定：来度量，其关系由下式决定：粘粘附附剂剂对对粘粘附附表表面面润润湿湿愈愈好好，则则F愈愈大大，粘粘附附处处的的致密度和强度愈高。致密度和强度愈高。粘附力的大小，与物质的表面性质有关，粘附程度的好坏粘附力的大小，与物质的表面性质有关，粘附程度的好坏可通过粘附功（可通过粘附功（W）衡量。粘附功，是指把单位粘附界面）衡量。粘附功，是指把单位粘附界面拉开所需的功。拉开所需的功。润湿性粘附功(W)粘附面充分润湿是保证粘附处致密和强度的前提粘附功和界面张力粘附功和界面张力SLLVSVV粘附张力粘附张力粘粘附附功功数数值值的的大大小小，标标志志着着固固一一液液两两相相辅辅展展结结合合的的牢牢固固程程度度，粘粘附附功功数数值值越越大大，说说明明将将液液体体从从固固体体表表面面拉拉开开，需需要要耗耗费费的的能能量量越越大大，即即互互相相结结合合牢牢固固；相相反反，粘粘附功越小，则越易分离。附功越小，则越易分离。当当粘粘附附剂剂给给定定（即即LV值值一一定定）时时，W随随减小而增大。减小而增大。粘附功和界面张力SLLVSVV粘附张力粘附功数值的大小，界界面面张张力力的的大大小小反反映映界界面面的的热热力力学学稳稳定定性性。界界面面张张力力()越小，粘附界面越稳定，粘附力也越大。越小，粘附界面越稳定，粘附力也越大。相溶性或亲和性相溶性或亲和性粘附面的界面张力粘附面的界面张力润润湿湿不不仅仅与与界界面面张张力力有有关关，也也与与粘粘附附界界面面上上两两相相的的亲亲和和性性有有关关。相相溶溶或或亲亲和和，就就是是指指两两者者润润湿湿时时自自由由能能变变化化dG0。相相溶溶性性越越好好，粘粘附附也也好好。如如水水和和水水银银是是不不亲和的，所以水不能在水银表面铺展。亲和的，所以水不能在水银表面铺展。界面张力的大小反映界面的热力学稳定性。界面张力()越(1)被被粘粘附附体体的的临临界界表表面面张张力力要要大大，或或润润湿湿张张力力F增增加加，以保证良好润湿；以保证良好润湿；总结：良好粘附的总结：良好粘附的表面化学条件：表面化学条件：(2)粘粘附附功功要要大大，以以保保证证牢牢固粘附；固粘附；(3)粘粘附附面面的的界界面面张张力力要要小小，以以保保证证粘粘附附界界面面的的热热力力学学稳定；稳定；(4)粘粘附附剂剂与与被被粘粘附附体体的的相相溶溶性性要要好好，以以保保持持粘粘附附界界面面的良好键合和保持强度。的良好键合和保持强度。(1)被粘附体的临界表面张力要大，或润湿张力F增加，以保证影响粘附性能的其它因素：影响粘附性能的其它因素：1）粘粘附附与与固固体体表表面面的的清清洁洁度度有有关。关。若若固固体体表表面面吸吸附附气气体体而而形形成成吸吸附附膜膜，会会减减弱弱甚甚至至破破坏坏粘粘附附性性能能。因因此此，用用焊焊锡锡时时，要要清清洁洁表表面面，除去吸附膜，结合强度提高。除去吸附膜，结合强度提高。2）粘附与固体的分散度有关。）粘附与固体的分散度有关。固固体体细细小小，粘粘附附效效应应较较明明显显，提提高高固固体体的的分分散散度度、扩扩大大接接触触面面积积，从从而而增增加加粘粘附附强强度度。这这是是硅硅酸酸盐盐生生产产中中使使用用粉粉体体原料的一个原因。原料的一个原因。3）粘附强度与外力作用下固体的变形程度有关。）粘附强度与外力作用下固体的变形程度有关。如如果果固固体体较较软软或或在在一一定定的的外外力力下下易易于于变变形形，就就会会引引起起接接触触面面积积的增加，从而提高粘附强度。的增加，从而提高粘附强度。影响粘附性能的其它因素：1）粘附与固体表面的清洁度有关。2）作业题：作业题：5.2，5.5，5.6，5.18作业题：5.2，5.5，5.6，5.18