材料表界面答案

1.定义与概念

表界面是由一个相到另一个相的过渡区域。若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。 表面功：温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加d??所需要对体系作的功，称为表面功。

单位质量的吸附剂具有的表面积为比表面积（单位：m2/g)；吸附量可用单位质量吸附剂所吸附气体的量或体积来表示。

接触角：在三相交界处自固—液界面经过液体内部到气—液界面的夹角叫接触角，以θ表示。 表面活性剂达到形成单分子膜的最低浓度叫临界胶束浓度（CMC）。

亲疏平衡值（HLB）：HLB的大小表示表面活性剂亲水亲油性的相对大小，HLB 值越大，表示该表面活性剂的亲水性越强，HLB越低，则亲油性或疏水性越强。其中石蜡 HLB＝0， 油酸钾 HLB＝20；十二烷基硫酸酯钠 HLB＝40。故阴离子表面活性剂HLB在1~40之间，非离子表面活性剂的HLB在1~20之间。

非离子型表面活性剂乳状液随着温度升高，从原来O/W（水包油）型转变为W/O（油包水）型的温度，称为相转型温度（PIT），也叫做亲水—亲油平衡温度（HLB温度）。测定方法：由于O/W型比 W/O型的电导率高，在转相时电导率发生突变，那么此时的温度即为PIT。

少量活性剂的加入可使水的表面张力迅速下降，但到

复习内容： 一 液体表面

1研究液体结构的基本假设。

（1）组成液体的原子（或分子）分布均匀、连贯、无规则；(2)液体中没有晶态区域和能容纳其他原子或分子的孔洞；（3）液体的结构主要由原子间形成的排斥力决定。 2

间隙多面体，径向分布函数。

液体结构的刚性球自由密堆可以用间隙多面体来表示，其中原子处在多面体间隙的顶点。液体自由密堆结构的5种理想间隙：(a)四面体间隙；(b) 八面体间隙；(c)三棱柱的侧表面被覆盖3个半八面体间隙；(d)阿基米德反棱柱被覆盖2个半八面体间隙；(e)正方十二面体

四面体间隙占了主要地位，所以四面体间隙配位是液体结构的另一特征，四面体配位中的各相邻原子的间距就成为液体结构的最近邻原子间距。

随着温度升高（低于材料熔点Tm），原子间距增加，原子震动幅度提高，但仍然保持有序结构。这时的原子数量的变化不再是一系列离散的线，所以再用原子数量（N(r)）来表示不同径向距离（r）处原子的分布就显得不太合适，而通常采用的方法是用在不同径向距离（r）处原子出现的密度来表示。用密度分布函数ρ(r)来代替离散的数量值N(r)时，分布函数的峰值就代表了在距离中心原子r处原子出现的概率。 3

液体原子结构的主要特征。

（1）液体结构中近

复习内容： 一 液体表面

1研究液体结构的基本假设。

（1）组成液体的原子（或分子）分布均匀、连贯、无规则；(2)液体中没有晶态区域和能容纳其他原子或分子的孔洞；（3）液体的结构主要由原子间形成的排斥力决定。 2

间隙多面体，径向分布函数。

液体结构的刚性球自由密堆可以用间隙多面体来表示，其中原子处在多面体间隙的顶点。液体自由密堆结构的5种理想间隙：(a)四面体间隙；(b) 八面体间隙；(c)三棱柱的侧表面被覆盖3个半八面体间隙；(d)阿基米德反棱柱被覆盖2个半八面体间隙；(e)正方十二面体

四面体间隙占了主要地位，所以四面体间隙配位是液体结构的另一特征，四面体配位中的各相邻原子的间距就成为液体结构的最近邻原子间距。

随着温度升高（低于材料熔点Tm），原子间距增加，原子震动幅度提高，但仍然保持有序结构。这时的原子数量的变化不再是一系列离散的线，所以再用原子数量（N(r)）来表示不同径向距离（r）处原子的分布就显得不太合适，而通常采用的方法是用在不同径向距离（r）处原子出现的密度来表示。用密度分布函数ρ(r)来代替离散的数量值N(r)时，分布函数的峰值就代表了在距离中心原子r处原子出现的概率。 3

液体原子结构的主要特征。

（1）液体结构中近

第08期表界面化学在材料研究中的应用1

综述专论

表界面化学在材料研究中的应用

刘佳 程山

（中北大学 化工与环境学院 030051）

摘要：表界面化学一直是人们研究的重要方向，本文综述了表界面化学知识在无机材料及复合材料中的应用，尤其近些年又一突破性的进展—在军工方面中的应用，总结了一些研究材料表界面的现代分析方法。研究表界面化学知识不仅对人们的生产、生活具有重要的意义，而且还对军工研究具有重要指导意义。

关键词：表界面化学 无机材料 复合材料中图法分类号：TQ562

文献标识码：A

文章编号：T1672-8114(2013)08-001-03

1 引言

表界面科学是当代国际上最活跃的学科之一。它涉及物理化学、数学、生物学、半导体科学、材料科学等许多基础学科和应用学科，而逐渐形成多学科交叉的发展极为迅速的一个科学领域。尽管表界面科学是多学科交叉的科学，但涉及日常生活、工业生产、生命科学等许多方面，具有很强的实用性。近些年来，随着现代表面测试和研究手段不断发展及创新，使人们有可能从更深层次观察多种体系的表面和界面现象，对表面及界面发生的化学过程和物理过程都可获得直观的信息。因此，研究工作也得到很大的发展。由于表面科学的基础理论研

热界面材料研究进展

郑连杰

1 前言

随着电子电子器件集成密度和功率密度不断增加，尤其是近年来大功率LED的兴起，电子器件对散热性能的要求也越来越高，而目前热界面材料与其他电子器件相比热导率相差几个数量级，因此热界面材料已成为提高电子产品散热性能的瓶颈之一。文献对近年来热界面材料的研究进展做了非常详尽的综述。但这些文献主要集中在热界面材料的分类、应用、优缺点以及导热性能的描述。本文将在近期综述文献的基础上重点介绍各类热界面材料的主要组成成份。

在介绍热界面材料组成以及性能之前，首先简单了解关于热界面材料导热的基本理论。

（a） （b）

图1 （a）实际接触平面微观示意图（b）理想的热界面材料示意图

当两个平面相互接触时如图1（a）所示，由于材料表面存在微观粗糙度，接触表面存在空隙。空隙的存在使得界面处热阻增大。因此粘结接头的热阻主要包括体热阻和界面热阻两部分图1（b）。

热界面材料的热阻可表示为：

RTIM?BLT?RC1?RC2 公式（1） kTIMBLT：键合区厚度 KTIM：热界面材料体热导率 RC1，RC2：接触界

项目名称： 仿生可控粘附纳米界面材料 起止年限：依托部门：张广照 中国科学技术大学 2012.1至2016.8 中国科学院

首席科学家：

一、关键科学问题及研究内容

总体思路：发挥材料、化学、生物多学科交叉的优势，选择具有重大需求和应用背景的关键科学问题进行研究，选择具有战略意义的仿生可控粘附纳米界面材料及其应用中存在的重要问题，从抗粘附材料、特异性生物识别与粘附材料、抗生物附着减阻材料、防覆冰材料等有关的具有全局战略性意义的新材料领域的重要问题重点突破，并形成基础研究和应用研究的有效衔接，做出一批面向国家重大需求、在国际上领先的科研成果。

本项目所要研究的关键科学问题：

“仿生可控粘附纳米界面材料”是按照基础科学问题与应用技术结合的研究模式，利用表面微纳结构及粘附功能协同的仿生材料取得的研究成果，以结构仿生到功能仿生的研究思路，发展多种相关具有可调控粘附性质的仿生功能表面，以便迅速建立起在国际上具有领先地位的高级功能材料研发体系。在此基础上制备出对国民经济有重要影响的、具有自主知识产权的新材料。拟解决的关键科学问题包括：

（1）自然界多尺度微观结构与表面粘附性能的关系； （2）功能分子与多尺度结构间界面协同作用的调控原理； （3）仿

(SiC) TiN / Cu 复合材料的显微组织和导电性能

SiCp / Cu 复合材料不仅能够将基体的高热传导性与增强相的低热膨胀系数结合起来，还能充分利用铜基体优异的导电性能，是一种具有很好应用前景的金属陶瓷,可以用作导电摩擦材料。目前，SiCp / Cu 复合材料的制备方法主要是包覆粉末热压法,但其主要问题是 SiC 与 Cu 不润湿，导致 SiC 颗粒很难均匀分散，并且界面结合差，使得提高材料致密度的难度很大，而致密度低将大幅度降低材料的综合性能。为此，常采用化学镀、电镀及溶胶-凝胶等方法在SiC颗粒上沉积Cu或其他涂层以减少增强相的团聚，提高致密度。Yih 等研究了化学镀Cu包覆SiC颗粒的热压工艺，SiC的体积分数达到54%。 Gan 等采用溶胶鄄 鄄凝胶工艺也在SiC表面镀W，W包覆层较厚且密度大。Sundberg等在 SiC 颗粒上采用化学沉积包覆 TiN，使材料的致密度达到99%，但是包覆工艺的成本高且很大程度上受到设备的限制。

本文拟采用醇盐水解鄄 鄄氨气氮化法在SiC颗粒表面包覆TiN，该方法的显著优点是成本低、TiN 包覆层的厚度薄且容易控制。TiN 包覆层改善了SiC 和 Cu 的界面相容性，有利于增强相和基体相均匀混合

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表面界面物理复习题

1.原子间的键合方式及性能特点

原子间的键合方式包括化学键和物理键,其中化学键又分为离子键,共价键和金属键,物理键又包括分子键和氢键. 离子键 共价键 结合方式 电子转移,结合力大,无方向性和饱和性 电子共用,结合力大,有方向性和饱和性 晶体特性 硬度高,脆性大,熔点高,导电性差 强度高,硬度高,熔点低,脆性大,导电性差 金属键 依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静导电性,导热性,延展性好,熔点较高 电引力使原子结合,电子逸出共有,结合力较大,无方向性和饱和性 分子键 氢键 电子云偏移,结合力很小,无方向性和饱和性 熔点低,硬度低 氢原子同时与两个负电性很大而原子半径很小 的原子结合而产生的具有比一般次价键大的键力,具有饱和性和方向性

2.原子的外层电子结构，晶体的能带结构。

3.晶体（单晶、多晶）的基本概念，晶体与非晶体的区别。

单晶:质点按同一取向排列,由一个核心(晶核)生长而成的晶体;多晶:由许多不同位向的小晶体(晶粒)所组成的晶体.

原子排列 熔点 性能

晶体 规则排布 有固定的熔点 各向异性 非晶体 紊乱分布 没有明显的熔点 各向同性 4.空间点阵与晶胞

物理化学试卷 答案

一、选择题 ( 共68题 121分 ) 1. 2 分 (6601)

6601

[答] (A) 表面张力???随温度之增高而下降，由 ?p = 2??/R 知，右端冷却时 其附加压力增加而左端不变，故向左移动。

2. 2 分 (6602) 6602

[答] (B) 温度上升，表面张力下降。

3. 2 分 (6603)

6603

[答] (C)

4. 2 分 (6604)

6604

[答] (A)

界面现象习题集

1、为什么自由液滴必成球形？

答：纯液体表面上的分子比内部分子具有更高的能量，而能量降级为一自发过程，所以它必然导致表面面积为最小状态。

2、为什么有云未必有雨？如何使云变成雨

答：空气的上升运动，造成气温下降，形成过饱和水气；加上吸湿性较强的凝结核的作用，水气凝结成云，来自云中的云滴，冰晶体积太小，不能克服空气的阻力和上升气流的顶托，从而悬浮在空中。当云继续上升冷却，或者云外不断有水气输入云中，使云滴不断地增大，以致於上升气流再也顶不住时候，才能从云中降落下来，形成雨。

3、分子间力与什么有关，其与表面张力的关系何在？

答：分子间力与温度、电荷分布、偶极矩、分子相对质量、外加电场有关 表面张力实质为每增加单位表面积所增加的自由焓 1）表面张力的物理意义需用分子间作用力解释：

在液体表面，表面分子的两侧受力不等。气相分子对它的引力远远小于液相。必然受到向下的拉力。所以，要将液体内部的分子拉至表面，必须克服分子间力对其做功。 该功主要用来增加其表面能。即： ? d w ' ? ? dA Γ为增加单位表面积所做的功。 对纯液体而言，热力学诸函数关系为： dG?Vdp?sdT??dA d