材料表界面化學

1緒論1
1.1表面與介面1
1.1.1物理表面2
1.1.2材料表面4
1.2表介面科學發展簡史6
1.3表介面研究與新材料發展6

2物質粒子相互作用8
2.1微觀相互作用8
2.1.1庫侖作用10
2.1.2范德華作用力11
2.1.3氫鍵11
2.1.4疏水效應12
2.1.5溶劑化作用12
2.1.6毛細作用12
2.1.7短程表面力13
2.2表面位與表面態13
2.2.1清潔表面態13
2.2.2吸附表面態14
2.3表面鍵15
2.3.1共價鍵16
2.3.2離子鍵16
2.3.3金屬鍵16

3液體表介面18
3.1液體的表面現象18
3.1.1表面張力18
3.1.2彎曲液面的附加壓力19
3.1.3毛細現象20
3.1.4開爾文（Kelvin）公式20
3.1.5吉布斯(Gibbs)吸附等溫式21
3.2溶液中的表面活性劑21
3.2.1經典的表面活性劑概念與範疇21
3.2.2表面活性劑類型和結構22
3.2.3非經典結構的表面活性劑25
3.2.4表面活性劑的表面物理化學性能26
3.3膠束形成與類型30
3.3.1形成膠束的作用力30
3.3.2膠束的類型——膠束自組裝結構31
3.3.3表面活性劑的（幾何）堆積——自組裝結構32
3.3.4膠束的增溶作用和應用33
3.3.5混合膠束34
3.4表面活性劑-聚合物體系34
3.4.1聚合物誘導表面活性劑聚集35
3.4.2表面活性劑與聚合物的相互作用35
3.4.3表面活性劑與表面活性聚合物的強締合作用36
3.4.4聚合物-表面活性劑混合物的應用37
3.5微乳液38
3.5.1一般概念38
3.5.2微乳液的Winsor類型38
3.5.3微乳液的結構和相行為38
3.5.4微乳液的形成和特性39

4膠體和膠體穩定性42
4.1膠體的基本性質42
4.1.1膠體的光學性質42
4.1.2膠體的布朗運動42
4.1.3膠體的電動現象43
4.2膠粒（膠團）表面的雙電層和雙電層厚度43
4.2.1膠粒表面的雙電層模型44
4.2.2雙電層中的動電位——ζ電位46
4.3膠體穩定機制47
4.3.1雙電層靜電斥力48
4.3.2空間位阻51
4.3.3溶劑化作用——膠體所處的環境52
4.4膠體穩定性的 DLVO理論53
4.4.1DLVO理論53
4.4.2凝結和絮凝55

5固液介面57
5.1液體對固體的潤濕57
5.1.1Young方程和接觸角57
5.1.2潤濕現象58
5.2無機顆粒的分散-粗分散體系60
5.3超疏水表面61
5.3.1接觸角滯後現象61
5.3.2超疏水表面的仿生設計65
5.4超親水表面66
5.4.1超親水表面的特徵66
5.4.2TiO2薄膜光誘導超親水表面67

6固體表介面70
6.1固體的表面特性70
6.1.1固體表面的不均一性70
6.1.2表面粗糙度71
6.1.3固體表面的吸附性71
6.2固體在溶液中的吸附特性、吸附量和吸附等溫線72
6.2.1固體在溶液中吸附的複雜性72
6.2.2固體自溶液中吸附的吸附量72
6.2.3液相雙組分在固體表面的複合吸附等溫線72
6.2.4固體自溶液中吸附的吸附等溫線類型74
6.2.5影響固體自溶液中吸附的諸多因素75
6.3固體在聚合物溶液中的吸附76
6.3.1聚合物吸附質的特點76
6.3.2聚合物在吸附劑表面的形態76
6.3.3聚合物吸附的特徵77
6.3.4吸附等溫式77
6.3.5水溶性聚合物對材料表面改性78
6.4表面活性劑在固液介面上的吸附78
6.4.1吸附量78
6.4.2吸附等溫線78
6.4.3吸附劑的表面性質和吸附力79
6.4.4吸附等溫式81
6.5溶液中其它相互作用的吸附82
6.6溶液中介面活性劑在介觀尺度下的介面吸附83
6.7固體在電解質溶液中的吸附——離子的吸附85
6.7.1晶體對溶液中離子的吸附85
6.7.2離子交換樹脂85
6.7.3黏土、沸石和分子篩86

7高分子材料的表面與介面87
7.1高分子表面張力與表面能87
7.1.1高分子表面張力87
7.1.2高分子表面能91
7.2聚合物材料表面改性92
7.2.1聚合物表面等離子改性與等離子聚合92
7.2.2聚合物表面接枝改性95
7.3高分子膜在表面及介面的組裝101
7.3.1表介面吸附概要102
7.3.2層層組裝技術與成膜推動力103
7.3.3嵌段共聚物囊泡/膠束的組裝105

8無機非金屬材料的表介面108
8.1陶瓷的表介面108
8.1.1陶瓷表介面的結構108
8.1.2陶瓷表介面的特徵與行為117
8.1.3表介面對陶瓷性能的影響和新材料開發121
8.2玻璃的表介面127
8.2.1玻璃表介面的結構127
8.2.2玻璃表介面的化學組成與化學反應130
8.2.3玻璃表介面的性能及其改性132

9金屬材料表面136
9.1金屬的表面特性136
9.1.1金屬表面的概述136
9.1.2金屬表面的特徵137
9.1.3金屬表面的性能139
9.2金屬表面反應140
9.2.1化學腐蝕140
9.2.2電化學腐蝕141
9.2.3常見的腐蝕及防護145
9.2.4在自然環境中的金屬腐蝕與防護147
9.3金屬表面處理148
9.3.1電鍍技術148
9.3.2金屬表面轉化膜149
9.3.3化學熱處理技術150
9.3.4等離子體表面處理技術151

10複合材料介面154
10.1複合材料介面理論154
10.1.1複合材料介面概述154
10.1.2複合材料介面效應155
10.1.3複合材料介面結合方式156
10.2複合材料介面處理159
10.2.1增強材料概述159
10.2.2增強材料表面處理劑160
10.2.3增強材料表面改性的工藝161
10.2.4不同複合材料表面改性161
10.3複合材料介面表徵162

參考文獻165

胡正水

青島科技大學，教授，中國化工學會精細化工專業委員會委員，《精細化工》編委會委員，中國陶瓷學會特陶學會理事。在青島科技大學三十多年的科教生涯中。堅持在教學第一線長期從事無機化學、材料化學、功能聚合物材料等教學工作。十幾年來致力於環保新材料、新技術、新產品、無機非金屬材料等多學科方向的研究工作，在外雜誌上發表論文４０餘篇，多項成果應用於工業生產。涉及油田化學、膠黏劑、塗料、建材、陶瓷材料、納米材料、材料腐蝕與防護等多個領域。