材料表界面科學及套用

《材料表界面科學及套用》是2021年北京理工大學出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：材料表界面科學及套用
• 作者：翟進賢,郭曉燕,鄒美帥
• 類別：教材
• 出版社：北京理工大學出版社
• 出版時間：2021年
• 開本：16 開
• 裝幀：平裝-膠訂
• ISBN：9787568297578

內容簡介

本書以材料表界面類型為主線，詳細介紹了單組分液體表面、多組分溶液表面、液-液界面、固-氣界面吸附、固-液界面潤濕以及固-液界面吸附的基礎知識和套用實例，穿插介紹了與材料表界面特性密切相關的表面活性劑結構、種類及套用，單分子不溶膜的製備及套用、以及常用吸附劑的種類與套用。為了便於讀者學習和理解，許多章節給出了實例予以說明。本書每章均附帶若干習題，供讀者選擇性套用。

本書可作為高等工科院校材料學相關專業高年級本科生、研究生的材料表界面化學教材用書，或教學參考用書，也可供化工、生命科學、醫藥、選礦、紡織等相關領域技術人員參考。

圖書目錄

第1章　液體表面 001

1.1　表面張力與表面自由能 001

1.2　表面張力物理定性解釋 003

1.3　溫度壓力對表面張力的影響 004

1.4　表面熱力學基礎 005

1.4.1　表面熱力學基本公式 006

1.4.2　比表面熱力學函式 007

1.4.3　表面熵和表面焓 007

1.5　彎曲液面表面現象 008

1.5.1　彎曲液面附加壓力 008

1.5.2　附加壓力與曲率半徑的關係 009

1.5.3　毛細現象 012

1.6　蒸氣壓力與曲率關係 014

1.6.1　彎曲液面蒸氣壓 014

1.6.2　液體過熱 017

1.6.3　過冷蒸氣 018

1.6.4　Kelvin公式套用 019

1.7　液體表面張力測試方法 020

1.7.1　毛細上升法 020

1.7.2　脫環法 021

1.7.3　滴重法（滴體積法） 021

1.7.4　吊片法 025

1.7.5　氣泡壓力法（泡壓法） 025

1.7.6　懸滴法 026

習題與問題 028

參考文獻 029

第2章　溶液表面 030

2.1　溶液表面張力與表面活性 030

2.1.1　水溶液表面張力三種特性 030

2.1.2　Traube規則 032

2.1.3　表面活性物質與表面活性劑 033

2.2　溶液表面吸附 033

2.2.1　表面吸附 033

2.2.2　表面吸附量 034

2.3　Gibbs吸附公式 035

2.3.1　Gibbs吸附公式的導出 035

2.3.2　Gibbs吸附公式實驗驗證 037

2.3.3　離子型表面活性劑溶液Gibbs吸附公式 038

2.4　吸附量計算及吸附等溫線 039

2.4.1　吸附量計算 039

2.4.2　吸附等溫線 041

2.5　表面活性物質在溶液表面的構象 042

2.6　飽和吸附量影響因素 042

2.7　吸附熱力學函式 044

2.7.1　標準吸附自由能 044

2.7.2　標準吸附焓和吸附熵 045

2.8　動表面張力與吸附速率 045

2.8.1　動表面張力 045

2.8.2　溶液表面吸附速率 046

2.8.3　動表面張力測定方法 047

習題與問題 048

參考文獻 049

第3章　表面活性劑 050

3.1　表面活性劑結構 050

3.2　表面活性劑分類 051

3.2.1　按親水基分類 051

3.2.2　按疏水基分類 053

3.2.3　高分子表面活性劑 053

3.2.4　新型表面活性劑 054

3.2.5　生物表面活性劑 054

3.3　表面活性劑溶液特性 055

3.3.1　表面特性 055

3.3.2　溶液特性 056

3.3.3　溶解度特性 057

3.4　表面活性劑表面吸附Gibbs公式套用 058

3.4.1　非離子型表面活性劑溶液表面吸附量 058

3.4.2　離子型表面活性劑溶液表面吸附量 058

3.4.3　混合表面活性劑溶液表面吸附量 060

3.5　表面活性劑溶液表面吸附等溫線 060

3.6　表面活性劑表面吸附量及降低表面張力影響因素 061

3.6.1　表面吸附量影響因素 061

3.6.2　降低表面張力的影響因素 062

3.7　表面活性劑表面吸附層的結構與狀態 064

3.7.1　吸附層構象 064

3.7.2　π ? a特性 065

3.7.3　雙電層 065

3.8　表面活性劑溶液表面吸附熱力學 066

3.9　表面活性劑溶液動表面張力與吸附速率 067

3.10　表面活性劑表面吸附套用機理 068

3.11　膠束 068

3.11.1　cmc測定方法 068

3.11.2　表面活性劑分子對cmc的影響 071

3.11.3　cmc其他影響因素 073

3.11.4　膠束結構、大小與形狀 075

3.12　膠束生成熱力學 078

3.12.1　相分離模型 078

3.12.2　質量作用模型 080

3.13　膠束生成動力學 083

3.14　膠束增溶 084

3.14.1　增溶熱力學 084

3.14.2　增溶方式 085

3.14.3　增溶影響因素 085

3.14.4　增溶套用 086

3.15　膠束催化 087

3.16　液晶 087

3.17　反膠束 089

3.18　囊泡與脂質體 090

3.19　表面活性劑HLB值 091

3.19.1　HLB值估算方法 091

3.19.2　HLB值的測定 094

習題與問題 094

參考文獻 095

第4章　液液界面 097

4.1　黏附功和內聚能 097

4.2　液液界面鋪展 098

4.3　液液界面張力理論 100

4.3.1　Antonoff規則 100

4.3.2　Good-Girifalco理論 101

4.3.3　Fowkes理論 102

4.3.4　吳氏倒數法 103

4.4　液液界面吸附 104

4.4.1　Gibbs吸附公式在液液界面的套用 104

4.4.2　液液界面吸附等溫線特點 106

4.5　液液界面吸附層結構 106

4.6　表面活性劑對液液界面性能的影響 108

4.6.1　界面張力 108

4.6.2　本徵曲率 108

4.6.3　混合表面活性劑體系界面張力 109

4.7　超低界面張力 110

4.7.1　超低界面張力體系 110

4.7.2　滴外形法測定界面張力 112

4.7.3　超低界面張力套用 113

4.8　乳狀液和微乳狀液 114

4.8.1　乳狀液 114

4.8.2　微乳狀液 115

4.9　微乳狀液的套用 117

4.10　破乳 120

4.10.1　物理機械方法 120

4.10.2　物理化學方法 120

習題與問題 121

參考文獻 121

第5章　不溶性單分子膜 122

5.1　不溶性單分子膜的發展與製備 122

5.1.1　不溶性單分子膜的發展 122

5.1.2　不溶性單分子膜的製備 123

5.2　不溶性單分子膜的性質 123

5.2.1　表面壓 123

5.2.2　表面膜電勢 124

5.2.3　表面黏度 125

5.3　不溶性單分子膜狀態 127

5.3.1　氣態膜 127

5.3.2　二維空間氣液平衡 129

5.3.3　液態擴張膜 129

5.3.4　轉變膜 130

5.3.5　液態凝聚膜 130

5.3.6　固態凝聚膜 130

5.4　不溶膜狀態影響因素 131

5.5　不溶膜光學研究方法 132

5.5.1　吸收光譜 133

5.5.2　反射光譜 133

5.6　混合不溶膜 134

5.7　高分子不溶膜 136

5.8　單分子膜套用舉例 137

5.8.1　成膜物分子量測定 137

5.8.2　抑制水蒸發 138

5.9　L ? B膜 138

5.10　生物膜 139

5.11　L ? B膜的套用 140

5.11.1　生物膜化學模擬 140

5.11.2　仿生功能材料 141

5.11.3　生物感測器 141

5.11.4　病理藥理研究套用 141

5.11.5　臨床診斷套用 141

習題與問題 142

參考文獻 143

第6章　固液界面潤濕 144

6.1　固體表面 144

6.1.1　非熱力學平衡 144

6.1.2　固體形貌 145

6.1.3　表面結晶學 147

6.1.4　晶體表面結構 148

6.1.5　表面晶格缺陷 148

6.2　固體表面張力和表面自由能 149

6.2.1　固體表面張力特性 149

6.2.2　固體表面能理論計算 150

6.2.3　固體表面能估測法 150

6.3　潤濕過程 151

6.4　接觸角與潤濕 153

6.4.1　Young氏方程 153

6.4.2　接觸角與潤濕關係 154

6.4.3　Young氏方程計算固體表面張力 154

6.5　接觸角滯後 156

6.5.1　不平衡狀態 157

6.5.2　固體表面粗糙性——Wenzel方程 157

6.5.3　固體表面不均勻性——Cassie方程 158

6.6　動態接觸角 161

6.7　接觸角測定 162

6.7.1　角度測量法 162

6.7.2　長度測量法 163

6.7.3　表面張力法 165

6.7.4　透過高度法 165

6.8　固體表面潤濕性質 166

6.8.1　低能表面潤濕性質 166

6.8.2　高能表面自憎現象 168

6.9　潤濕劑 169

6.9.1　潤濕劑分子對潤濕性能的影響 169

6.9.2　潤濕劑吸附狀態對固體表面性能的影響 170

6.10　潤濕熱 171

6.11　超疏水和超親水表面 172

6.11.1　超疏水表面結構 172

6.11.2　滑動角 173

6.11.3　接觸線 175

6.11.4　超疏水表面製備 176

6.11.5　超疏水研究現狀 178

6.12　潤濕套用 179

6.12.1　洗滌 179

6.12.2　礦物浮選 180

6.12.3　紡織印染 181

6.12.4　採油 181

6.12.5　醫藥農藥 182

6.12.6　熱交換器 182

6.12.7　鈦合金表面修飾 182

6.13　固體表面組成和結構測試方法 183

6.13.1　低能電子衍射 183

6.13.2　俄歇電子能譜 184

6.13.3　光電子能譜 184

習題與問題 185

參考文獻 186

第7章　固氣界面吸附 188

7.1　吸附 188

7.1.1　物理吸附和化學吸附 188

7.1.2　吸附劑 189

7.1.3　吸附驅動力 189

7.2　吸附熱 191

7.3　吸附曲線 192

7.3.1　吸附等溫線基本類型 192

7.3.2　吸附等壓線和吸附等量線 193

7.3.3　吸附等溫線測定方法 194

7.4　固氣界面吸附影響因素 196

7.4.1　溫度 196

7.4.2　壓力 196

7.4.3　吸附劑與吸附質的性質 197

7.5　氣體吸附模型 197

7.5.1　二維吸附模型吸附等溫式 198

7.5.2　Langmuir單分子層吸附理論 200

7.5.3　BET吸附方程——多分子層吸附理論 203

7.5.4　Polanyi吸附勢能理論和D ? R公式 209

7.6　多孔固體吸附特性 214

7.6.1　毛細凝結 214

7.6.2　吸附滯後 214

7.6.3　孔結構與滯後圈形狀 215

7.7　吸附法測定固體表面特性 217

7.7.1　比表面 217

7.7.2　孔徑 223

7.7.3　表面分數維 225

7.8　固氣界面吸附套用 226

7.8.1　分子篩 226

7.8.2　矽膠 228

7.8.3　變溫吸附 228

7.8.4　變壓吸附 229

7.9　化學吸附 231

7.9.1　CO化學吸附 231

7.9.2　氫化學吸附 232

7.9.3　CO2化學吸附 232

習題與問題 233

參考文獻 235

第8章 固液界面吸附 236

8.1　固體自溶液吸附機理和特性 236

8.1.1　吸附機理 236

8.1.2　溶液吸附特性 237

8.2　二元溶液吸附 237

8.2.1　U型複合吸附等溫線 238

8.2.2　S型複合吸附等溫線 238

8.2.3　直線型複合吸附等溫線 239

8.2.4　稀溶液吸附 240

8.3　電解質溶液吸附 242

8.3.1　離子吸附與雙電層 242

8.3.2　電解質離子在固液界面吸附 244

8.4　大分子溶液吸附 246

8.4.1　大分子吸附形態 246

8.4.2　吸附等溫式 246

8.4.3　吸附速率 247

8.4.4　大分子吸附影響因素 247

8.5　表面活性劑溶液吸附 248

8.5.1　吸附驅動力 248

8.5.2　吸附等溫線和理論吸附模型 249

8.5.3　單一表面活性劑吸附 251

8.5.4　混合表面活性劑吸附 254

8.6　混合溶液吸附 255

8.6.1　混合溶質吸附 255

8.6.2　混合溶劑吸附 256

8.7　固液吸附影響因素 257

8.7.1　溫度 257

8.7.2　溶解度 257

8.7.3　吸附劑、溶質和溶劑三者性質 258

8.7.4　吸附孔 259

8.7.5　鹽效應 259

8.8　稀溶液吸附熱力學 260

8.8.1　Gibbs吸附公式套用 260

8.8.2　標準吸附自由能 261

8.9　固液吸附套用 263

8.9.1　抑制金屬腐蝕 263

8.9.2　抗靜電 264

8.9.3　製備薄膜 264

8.9.4　水處理 264

8.9.5　液相色譜 265

習題與問題 266

參考文獻 267

第9章 吸附劑 268

9.1　吸附劑常規物理參數 268

9.1.1　比表面（積） 268

9.1.2　孔結構 268

9.1.3　密度 269

9.1.4　粒度 270

9.1.5　強度 271

9.2　矽膠 271

9.2.1　矽膠製備 272

9.2.2　矽膠結構與物化性質 272

9.2.3　表面結構 273

9.2.4　吸附性質 274

9.2.5　其他SiO2類吸附劑 276

9.2.6　矽膠套用 277

9.3　分子篩 277

9.3.1　分子篩的化學組成與結構 277

9.3.2　分子篩分類 279

9.3.3　吸附性質 281

9.3.4　新型分子篩 285

9.4　活性炭 286

9.4.1　活性炭的製備 286

9.4.2　活性炭的組成及性質 287

9.4.3　活性炭結構 287

9.4.4　表面性質 288

9.4.5　吸附性質 290

9.4.6　其他碳質吸附劑 290

9.4.7　活性炭套用 293

9.5　活性氧化鋁 294

9.5.1　表面性質 294

9.5.2　吸附性質 295

9.6　黏土 296

9.6.1　蒙脫土和海泡石 296

9.6.2　蒙脫土吸附性質 297

9.7　吸附樹脂 298

9.7.1　吸附性質 298

9.7.2　吸附質結構影響 299

習題與問題 299

參考文獻 299

作者簡介

翟進賢，北京理工大學材料學院副教授，2007年4月北京理工大學材料學院博士研究生畢業，留校任教。2016年8月-2017年8月在美國麻薩諸塞大學Amherst分校高分子材料系研修，長期從事高分子材料及含能複合材料教學與研究工作。講授高分子專業高年級本科生課程《材料表面與界面》，材料學專業碩士研究生課程《材料界面科學》和博士研究生課程《宇航材料與技術》。主持完成國家自然科學基金面上項目、國家973項目專題/子專題等多項項目，在國內外期刊發表論文40餘篇，授權專利18項。