1、第一節(jié)概述,定義,(溶液)=f(溶劑、溶質(zhì)性質(zhì)、T、c),表面活性劑(surfactant)是指那些具有很強(qiáng)表面活性、能使液體的表面張力顯著下降的物質(zhì)。,第一節(jié)概述,表面活性劑的特征：,其都比水小很多，溶于水后能使水的大大降低；,具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)-均為兩極分子RX：由疏水（憎水或親油、親氣）的非極性基R和親水的極性基X所組成；,第一節(jié)概述,表面活性劑分子要在水氣或水油（不溶于水的液體）界面上形成“定向排列”；,存在臨界膠束濃度CMC(critical micelle concentration )；表面活性劑達(dá)到形成單分子膜的最低濃度叫做臨界膠束濃度。當(dāng)其濃度大于CMC時(shí)，能在水中形成很大的締合

2、體-膠束。,第二節(jié)表面活性劑的分類,第二節(jié)表面活性劑的分類,陰離子表面活性劑：,在水中離解后，起活性作用的部分是陰離子基團(tuán)。,第二節(jié)表面活性劑的分類,陽(yáng)離子表面活性劑：,在水中離解后，起活性作用的部分是陽(yáng)離子。,第二節(jié)表面活性劑的分類,兩性表面活性劑：分子中同時(shí)具有可電離的陽(yáng)離子和陰離子。通常陽(yáng)離子部分是由胺鹽或季胺鹽作親水基，而陰離子部分可以是羧酸鹽、硫酸酯鹽、磺酸鹽等。,1、親疏平衡值(HLB),第三節(jié) 表面活性劑的物理、化學(xué)性能,4、表面活性劑的溶解度,2、相轉(zhuǎn)型溫度(PIT),3、臨界膠束濃度（CMC）,1、親疏平衡值(HLB),表面活性劑的親水、疏水性強(qiáng)弱對(duì)表面活性有很大的影響。若分

3、子的親水性太強(qiáng)，將完全進(jìn)入水相；疏水性太強(qiáng)又完全進(jìn)入油相。親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)強(qiáng)弱必須有適當(dāng)平衡，才能使表面活性劑發(fā)揮最佳的表面活性。,第三節(jié) 表面活性劑的物理、化學(xué)性能,以石蠟的HLB=0，油酸的HLB=1，油酸鉀的HLB=20，十二烷基硫酸酯鈉的HLB=40為標(biāo)準(zhǔn)。,HLB越大，表示該表面活性劑的親水性,越強(qiáng)。,1949年，美國(guó)科學(xué)家Griffin首先提出了親水疏水平衡值HLB（hydrophile and lipophile balance values）的概念。,第三節(jié) 表面活性劑的物理、化學(xué)性能,第三節(jié) 表面活性劑的物理、化學(xué)性能,(1)沒(méi)有考慮油相和水相本身的性能,(2)沒(méi)有考慮表面

4、活性劑濃度的影響,(3)沒(méi)有考慮溫度及各相體積的影響,HLB存在的缺點(diǎn)：,1、親疏平衡值(HLB),第三節(jié) 表面活性劑的物理、化學(xué)性能,2、相轉(zhuǎn)型溫度(PIT),第三節(jié) 表面活性劑的物理、化學(xué)性能,非離子型表面活性劑在低溫下可形成水包油(O/W)型乳化液。隨著溫度升高，溶解度減小，HLB值下降，最后達(dá)到某一溫度，使得乳狀液從原來(lái)的O/W型轉(zhuǎn)變?yōu)橛桶?W/O)。這一溫度稱為相轉(zhuǎn)型溫度PIT，又稱為親水親油平衡溫度。,日本學(xué)者提出了相轉(zhuǎn)型溫度(phase inversion temperature, PIT)的概念，用來(lái)衡量表面活性劑的親水、親油情況。,2、相轉(zhuǎn)型溫度(PIT),1、親疏平衡值

5、(HLB),第三節(jié) 表面活性劑的物理、化學(xué)性能,2、相轉(zhuǎn)型溫度(PIT),3、臨界膠束濃度(CMC),臨界膠束濃度(critical micelle concentration, CMC),第三節(jié) 表面活性劑的物理、化學(xué)性能,少量表面活性劑的加入可使水的表面張力迅速下降，但到某一濃度后，水溶液的表面張力幾乎不變。這個(gè)表面張力轉(zhuǎn)折點(diǎn)的濃度即為臨界膠束濃度(CMC)。在臨界膠束濃度下，表面活性劑在水的表面形成了單分子膜。繼續(xù)增加濃度，表面活性劑分子在水中形成的膠束增多，表面性能并不改變。,3、臨界膠束濃度(CMC),十二烷基硫酸鈉水溶液電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系,臨界膠束濃度的測(cè)定,利用電導(dǎo)率儀測(cè)定不同濃

6、度的十二烷基硫酸鈉水溶液的電導(dǎo)率(也可換算成摩爾電導(dǎo)率),并作電導(dǎo)率(或摩爾電導(dǎo)率)與濃度的關(guān)系圖,從圖中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)即可求得臨界膠束濃度。,1、親疏平衡值(HLB),第三節(jié) 表面活性劑的物理、化學(xué)性能,4、表面活性劑的溶解度,2、相轉(zhuǎn)型溫度(PIT),3、臨界膠束濃度(CMC),第三節(jié) 表面活性劑的物理、化學(xué)性能,離子型表面活性劑的溶解度隨溫度的升高而慢慢增大，當(dāng)溫度達(dá)到某一定值后，溶解度會(huì)突然增大。這種現(xiàn)象稱為Krafft現(xiàn)象，此時(shí)的溫度稱為Krafft溫度或K.P點(diǎn)。,三相點(diǎn)（Krafft點(diǎn)，或K.P點(diǎn)）,第三節(jié)表面活性劑的物理、化學(xué)性能,Krafft點(diǎn)也是表面活性劑應(yīng)用溫度的 如十二烷基硫

7、酸鈉的Krafft點(diǎn)為 而十二烷基磺酸鈉的Krafft點(diǎn)為,70。,9，,下限。,三相點(diǎn)（Krafft點(diǎn)，或K.P點(diǎn)）,高分子材料的表界面特性具有重要意義,纖維的染色、塑料的噴金、涂料對(duì)金屬或木材表面的涂覆、高聚物對(duì)其他材料的粘結(jié)、橡膠輪胎與其他材料接觸時(shí)的摩擦和磨損、醫(yī)用高分子材料與生物體的相容性等。,表面張力的本質(zhì)是分子間的相互作用。因?yàn)榉肿娱g的相互作用力因溫度的上升而變?nèi)酰员砻鎻埩σ话汶S溫度的升高而,第一節(jié) 表面張力與溫度的關(guān)系,降低。,有人提出表面張力與溫度的關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)式：,式中，0為T(mén)=0K時(shí)的表面張力；TC為臨界溫度。,第二節(jié) 表面形態(tài)對(duì)表面張力的影響,高分子聚合物往往是晶態(tài)與

8、非晶態(tài)共存的。,高聚物熔體冷卻固化時(shí)，通常表面生成非晶態(tài)高聚物，本體則富集晶態(tài)高聚物，以降低體系的能量。,由于晶態(tài)的密度高于非晶態(tài)，因此晶態(tài)的表面張力高于非晶態(tài)。,如果使高聚物熔體在具有不同成核活性（或不同表面能）的表面上冷卻，可得到結(jié)晶度不同的表面，這類表面具有不同的表面張力。,等張比容具有嚴(yán)格的加和性，即物體的等張比容等于組成該物質(zhì)分子的原子或原子團(tuán)和結(jié)構(gòu)因素的等張比容（Pi)之和，它的數(shù)值幾乎不受溫度的影響：,由此可通過(guò)測(cè)定化合物的表面張力、密度、分子量來(lái)計(jì)算等張比容值而推測(cè)其分子結(jié)構(gòu)。這在歷史上曾起過(guò)一定作用，但在各種光譜、能譜技術(shù)高度發(fā)展的今天，已沒(méi)有多大實(shí)用意義了。,第一節(jié)概述,清

9、潔表面,真實(shí)表面,金屬表面的類型,第一節(jié)概述,實(shí)際的金屬表面包括三個(gè)薄層：,真實(shí)表面,加工應(yīng)變層、,氧化層,和吸附層。,第四節(jié)金屬材料的腐蝕,金屬腐蝕的定義：金屬在環(huán)境中，由于在金屬表面或界面上進(jìn)行的 多相反應(yīng)，或者由于而造成的材料氧化、損壞或變質(zhì)。,化學(xué)、,電化學(xué),物理溶解作用,1.按化學(xué)反應(yīng)分類： 2.按腐蝕形態(tài)分類：,第四節(jié)金屬材料的腐蝕,金屬腐蝕的分類：,化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕；,全面腐蝕（或均勻腐蝕） 和局部腐蝕。,電化學(xué)腐蝕：金屬表面與離子導(dǎo)電的介質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞。,第四節(jié)金屬材料的腐蝕,原電池：借助于氧化還原反應(yīng)把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。,原理：,本質(zhì)：,腐蝕原電

10、池反應(yīng)。,氧化還原反應(yīng)。,陰極：,陽(yáng)極：,電池反應(yīng)： Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 ,當(dāng)鋼鐵處于酸性氣氛中時(shí)，易發(fā)生析氫腐蝕；,第四節(jié)金屬材料的腐蝕,Fe - 2e- = Fe2+,2H+ 2e- =H2 ,陽(yáng)極： Fe - 2e- = Fe2+,陰極：,電池反應(yīng)： 2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2,當(dāng)鋼鐵處于中性或酸性很弱或堿性條件下，易發(fā)生吸氧腐蝕。,第四節(jié)金屬材料的腐蝕,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,第五節(jié)金屬的表面改性,第五節(jié)金屬的表面改性,陽(yáng)極氧化/微弧氧化,化學(xué)轉(zhuǎn)化膜,化學(xué)鍍,第一節(jié)陶瓷的表界面,陶瓷表界面結(jié)構(gòu),弛豫：,指表面區(qū)原子或離子間的距離

11、偏離體內(nèi)的晶格常數(shù)，但晶胞結(jié)構(gòu)基本不變。,第一節(jié)陶瓷的表界面,重構(gòu)：,重構(gòu)指在平行襯底的表面上，原子平移的對(duì)稱性與體內(nèi)顯著不同，原子作了較大幅度調(diào)整。,第一節(jié)陶瓷的表界面,偏析：,第一節(jié)陶瓷的表界面,偏析,表面或界面附近薄層內(nèi)化學(xué)組成偏離晶體內(nèi)部的平均組成，某種原子、離子或化合物濃度明顯高于內(nèi)部。,表面吸附：,第一節(jié)陶瓷的表界面,吸附現(xiàn)象,固體表面存在大量的具有不飽和鍵的原子或離子，能吸引外來(lái)的原子、離子和分子，產(chǎn)生吸附。,表面化合物：,第一節(jié)陶瓷的表界面,化合物,碳化物陶瓷，如碳化硅在空氣中易氧化，表面形成二氧化硅膜，阻止了內(nèi)部碳化硅進(jìn)一步氧化。,一、熱敏電阻陶瓷,第一節(jié)陶瓷的表界面,功能陶

12、瓷,熱敏陶瓷是一類電阻率隨溫度發(fā)生明顯變化的材料。在溫度改變的時(shí)候，它們的電阻率就改變。把測(cè)溫度變成測(cè)電阻率。,應(yīng)用：,應(yīng)用于溫度控制與溫度傳感器中，如空調(diào)、鍋爐、熱水器等設(shè)備中作溫度控制檢測(cè)。,二、氣敏陶瓷,第一節(jié)陶瓷的表界面,功能陶瓷,原理：元件表面的氣體吸附和隨之發(fā)生的元件電導(dǎo)率變化。,能對(duì)氣體成分進(jìn)行分析、檢測(cè)及報(bào)警的陶瓷。,第一節(jié)陶瓷的表界面,功能陶瓷,三、壓敏陶瓷,壓敏陶瓷是對(duì)電壓變化敏感的非線性電阻，在某一臨界電壓下電阻值非常高，幾乎沒(méi)有電流通過(guò)；但當(dāng)超過(guò)這一臨界電壓（壓敏電壓）時(shí)，電阻將急劇變小并有電流通過(guò)。壓敏陶瓷電阻的應(yīng)用非常廣泛，主要在電力系統(tǒng)、電子線路和一般家用電器設(shè)備

13、中過(guò)壓保護(hù)、高壓穩(wěn)壓等的關(guān)鍵元件。,一、復(fù)合材料的定義和特點(diǎn),ISO定義為：兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。,1、復(fù)合材料,第一節(jié)復(fù)合材料概述,(Composition Materials, Composite),2、復(fù)合材料的特點(diǎn)：,(3)復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性。,(2)具有單一材料所不具備的優(yōu)良特殊性能。,(1)由兩種或多種不同性能的組分通過(guò)宏觀或微觀復(fù)合在一起的新型材料，組分之間存在著明顯的界面。,2、復(fù)合材料的特點(diǎn)：,復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)通常是一個(gè)相為連續(xù)相，稱為 ；而另一相是以獨(dú)立的形態(tài)分布在整個(gè)連續(xù)相中的分散相。與連續(xù)相相比，這種分散相的性能優(yōu)越，會(huì)使材料

14、的性能顯著增強(qiáng)，常稱為,在大多數(shù)情況下，分散相較基體硬，強(qiáng)度和剛度較基體大。分散相可以是纖維及其編織物，也可以是顆粒狀或彌散的填料。,基體,增強(qiáng)劑。,3、復(fù)合材料的基本結(jié)構(gòu)模式,(1)密度小、強(qiáng)度高,熱固性復(fù)合材料 1.72.0 g/cm3 熱塑性復(fù)合材料1.11.6 g/cm3,五、聚合物基復(fù)合材料的特性,(2)電性能好,聚合物基復(fù)合材料的電絕緣性、高頻介電性能，微波透光性好，適宜用作電機(jī)儀表零件、雷達(dá)罩等。,鋼7.8 g/cm3,(4)熱性能好,(3)耐腐蝕性能好,聚合物基復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)低，是優(yōu)良的絕熱材料，能保護(hù)飛行器重返大氣層免受2000以上的高溫、高速氣流損害。,聚合物基復(fù)合材料

15、耐海水、酸、堿、鹽和有機(jī)溶劑，適宜用作化工機(jī)械零部件、管道、貯槽、漁船等。,復(fù)合材料的界面：指基體與增強(qiáng)相之間化學(xué)成分有顯著變化的、構(gòu)成彼此結(jié)合的、能起載荷傳遞作用的微小區(qū)域。,第二節(jié)復(fù)合材料的界面,復(fù)合材料的界面是一個(gè)多層結(jié)構(gòu)的過(guò)渡區(qū)域，約幾個(gè)納米到幾個(gè)微米。,1、浸潤(rùn)性理論 ,第三節(jié)復(fù)合材料的界面理論,2、化學(xué)鍵理論 ,3、過(guò)渡層理論,1、浸潤(rùn)性理論,第三節(jié)復(fù)合材料的界面理論,空隙,(a) 不浸潤(rùn),(b) 浸潤(rùn),浸潤(rùn)性理論是1963年由Zisman提出的該理論認(rèn)為，浸潤(rùn)是形成界面的基本條件之一，兩組分如能實(shí)現(xiàn)完全浸潤(rùn)，則樹(shù)脂在高能表面的物理吸附所提供的黏結(jié)強(qiáng)度可超過(guò)基體的內(nèi)聚能。,浸濕是組分良好粘結(jié)的必要條件，并非充分條件。,第三節(jié)復(fù)合材料的界面理論,如環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)新鮮的E玻璃纖維表面浸濕性好，但黏結(jié)性卻不好，界面耐水老化性也差。,2、化學(xué)鍵理論 化學(xué)鍵理論認(rèn)為要使兩相之間實(shí)現(xiàn)有效的黏結(jié)，兩相的表面應(yīng)含有能相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活性基團(tuán)，通過(guò)官能團(tuán)的反應(yīng)以化學(xué)鍵結(jié)合形成界面。,兩相界面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),化學(xué)鍵理論是應(yīng)用最廣、也是最應(yīng)用最成功的理論。,化學(xué)鍵理論的應(yīng)用：,碳纖維、有機(jī)纖維的表面處理是化學(xué)鍵理論的應(yīng)用實(shí)例。在表