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第1章 引言1

1.1 界面的重要性1

1.2 表面和界面2

1.2.1 导言2

1.2.2 界面的分类3

1.2.3 界面区域界定3

1.3 稳定的界面4

1.4 重要概念5

1.4.1 表面张力和表面压力5

1.4.2 湿润5

1.4.3 吸附5

1.4.4 乳状液6

1.4.5 胶体6

1.4.6 膜7

1.5 本书的结构安排7

拓展阅读8

界面科学的文献8

章节参考文献8

参考文献8

课后练习9

第2章 表面的毛细现象和力学作用10

2.1 表面张力和功10

2.1.1 表面张力的定义10

2.1.2 伸长功12

2.1.3 接触角、湿润和扩散13

2.1.4 应力二次曲线17

2.1.5 黏附功和内聚功17

2.2 表面张力的测定19

2.2.1 Wilhelmy平板法19

2.2.2 毛细上升法20

2.2.3 滴重法和滴体积法22

2.2.4 最大气泡法23

2.2.5 固着液滴和悬垂液滴法24

2.2.6 微量移液法24

2.2.7 油滴指示剂法25

2.3 拉普拉斯方程式26

2.3.1 拉普拉斯方程式的应用29

2.4 开尔文方程式30

2.4.1 开尔文方程式的推论30

2.4.2 开尔文方程式的验证36

2.5 纯液体的表面张力36

2.5.1 温度对于表面张力的影响36

2.5.2 液体的表面张力37

2.5.3 亲水-亲油相互作用38

总结39

拓展阅读40

参考文献40

课后练习41

第3章 表面吸附和表面热力学43

3.1 导言43

3.2 界面模型43

3.2.1 表面相分析44

3.2.2 表面过剩分析44

3.3 吸附45

3.3.1 吸附和分界面45

3.3.2 划定界面的规则46

3.3.3 吸附等温线48

3.4 界面热力学特性48

3.4.1 机械功48

3.4.2 内能和焓49

3.4.3 吉布斯自由能49

3.5 表面过剩化学势50

3.6 吸附量的测定51

3.6.1 浓度变化法51

3.6.2 表面分析法51

3.6.3 表面张力变化法——吉布斯等温吸附曲线52

3.7 溶剂吸附54

3.8 吸附动力学54

总结55

拓展阅读55

参考文献55

课后练习55

第4章 气液界面：吸附、薄膜、泡沫、气溶胶57

4.1 导言58

4.2 平衡吸附的测定58

4.2.1 表面张力的测定59

4.2.2 表面分析59

4.3 吸附动力学观察61

4.3.1 新形成界面的吸附61

4.3.2 表面波62

4.4 非离子溶质的吸附64

4.4.1 溶质浓度对表面张力的影响64

4.4.2 Szyszkowski-Langmiur吸附66

4.4.3 状态方程68

4.4.4 负吸附68

4.4.5 吸附动力学68

4.5 离子溶液吸附69

4.6 表面活性剂吸附70

4.6.1 表面活性剂的分子结构70

4.6.2 表面活性剂溶液的表面张力71

4.6.3 表面活性剂的吸附71

4.7 胶束76

4.7.1 表面活性剂溶液性质77

4.7.2 形成胶束的分子的要求79

4.7.3 聚集体的形成80

4.7.4 胶束结构81

4.7.5 增溶作用83

4.7.6 影响临界胶束浓度的因素84

4.7.7 杂质效应84

4.8 表面活性剂的应用85

4.8.1 湿润86

4.8.2 去污86

4.8.3 疏水88

4.8.4 乳化作用88

4.8.5 浮游选矿88

4.8.6 油回收89

4.8.7 膜侵蚀90

4.9 膜和泡沫90

4.9.1 导言90

4.9.2 膜张力91

4.9.3 气体渗透性92

4.9.4 泡沫形成及其稳定性93

4.9.5 Plateau边界94

4.9.6 泡沫中的起泡性状94

4.9.7 泡沫抑制95

4.10 Marangoni效应95

4.11 气溶胶97

4.11.1 实际生活中的气溶胶97

4.11.2 形成97

4.11.3 液体气溶胶的特性98

4.11.4 气溶胶对开尔文方程式的验证102

总结102

拓展阅读103

参考文献104

课后练习105

第5章 不可溶单分子层和Langmiur-Blodgett膜107

5.1 导言107

5.2 流动单分子层的形成和处理109

5.2.1 对分子的要求109

5.2.2 扩散109

5.2.3 表面膜的平衡110

5.2.4 圆形槽111

5.2.5 油-水界面的表面膜平衡111

5.3 表面压力-面积关系112

5.4 Langmiur-Blodgett膜的沉积113

5.5 表面结构的研究技术115

5.5.1 表面膜平衡115

5.5.2 表面电势115

5.5.3 表面黏性116

5.5.4 X射线散射技术117

5.5.5 中子散射119

5.5.6 振动光谱和电子能谱120

5.5.7 电子衍射121

5.5.8 电子显微镜技术121

5.5.9 椭偏仪测量法121

5.5.10 Brewster角和荧光光谱121

5.5.11 探针显微技术122

5.5.12 其他固体表面研究技术123

5.6 流动单分子层的结构和特性123

5.6.1 重要的单分子层相123

5.6.2 相转变130

5.6.3 扩散压力平衡131

5.6.4 单分子层塌陷133

5.6.5 聚合物单分子层133

5.7 单分子层的相互作用134

5.7.1 两非水溶性组分134

5.7.2 可溶性表面活性剂对表面层的渗透137

5.7.3 单分子层之上的反应138

5.8 LB膜的结构139

5.9 应用142

5.9.1 铺展单分子层142

5.9.2 LB膜144

总结146

拓展阅读146

参考文献147

课后练习148

第6章 液-液界面：乳化；膜150

6.1 导言150

6.2 乳化151

6.2.1 乳化的形成152

6.2.2 乳化类型154

6.2.3 粒径分布154

6.2.4 乳化稳定性155

6.2.5 乳化流变性159

6.3 乳化稳定性和乳化剂的选择161

6.3.1 早期理论161

6.3.2 电化学角度理解乳化稳定性162

6.3.3 空间位阻稳定机制164

6.3.4 固体颗粒的稳定性165

6.3.5 乳化剂和HLB系统165

6.4 微乳液167

6.5 乳液聚合169

6.6 液-液相互作用171

6.7 膜171

6.7.1 人工膜172

6.7.2 黑脂膜177

6.7.3 自组装膜178

总结179

拓展阅读180

参考文献180

课后练习181

第7章 固体表面182

7.1 导言182

7.2 单晶表面184

7.2.1 Miller指数184

7.2.2 表面重构185

7.3 固体表面的研究技术186

7.3.1 光谱法186

7.3.2 衍射方法193

7.3.3 表面等离子体共振195

7.3.4 扫描探针技术195

总结198

拓展阅读198

参考文献199

课后练习199

第8章 气-固界面：吸附；催化剂201

8.1 导言201

8.2 气体吸附测量202

8.2.1 物理吸附与化学吸附的对比202

8.3 气体吸附的测量203

8.3.1 压力／体积测量法204

8.3.2 流量法206

8.3.3 重量分析法207

8.4 等温吸附207

8.4.1 导言207

8.4.2 等温吸附分类207

8.5 等温方程式208

8.5.1 Langmuir吸附方程式209

8.5.2 BET方程式212

8.5.3 有限吸附的BET方程式219

8.5.4 Freundlich和Temkin等温吸附方程式219

8.5.5 其他的等温吸附方程式220

8.6 毛细管凝聚220

8.7 吸附层结构222

8.7.1 吸附的初期阶段222

8.7.2 多层吸附222

8.8 化学吸附223

8.8.1 化学吸附的等温吸附223

8.8.2 化学吸附的特异性224

8.8.3 化学吸附的表面重构225

8.9 吸附的焓变225

8.10 吸附动力学226

8.10.1 物理吸附动力学226

8.10.2 化学吸附动力学228

8.11 异相催化剂229

8.11.1 异相催化剂概述230

8.11.2 反应物的吸附，第二步231

8.11.3 吸附层内的反应，第三步233

8.11.4 产物的脱附，第四步237

总结238

拓展阅读238

参考文献239

课后练习239

第9章 液-固界面：吸附；胶体242

9.1 导言242

9.2 吸附的测定243

9.3 低溶质浓度吸附244

9.4 高溶质浓度吸附247

9.4.1 复合物等温吸附247

9.5 离子吸附和双电层248

9.5.1 Helmholtz模型249

9.5.2 Gouy-Chapman模型249

9.5.3 Stern模型252

9.5.4 总结252

9.6 电动力学253

9.7 胶体分散系254

9.7.1 亲水和疏水胶束254

9.7.2 胶体分散系的制备255

9.8 胶体分散系特性256

9.8.1 Brownian运动256

9.8.2 光散射257

9.8.3 粒径测量260

9.8.4 粒子电荷测量261

9.8.5 胶束稳定性263

9.9 电解质作用下的疏水胶束聚沉264

9.9.1 表面电荷264

9.9.2 Sculze-Hardy规则264

9.9.3 胶粒分散系的稳定性——DLVO理论266

9.9.4 聚沉动力学271

9.9.5 DLVO理论概述和局限性271

9.9.6 粒子间作用力的测量272

9.10 胶粒相互作用中的溶剂化作用273

9.10.1 粒子相互作用中的溶剂结构273

9.10.2 胶粒的空间位阻稳定性274

9.11 纳米粒子275

9.11.1 纳米科学和纳米技术275

9.12 黏土矿物277

9.12.1 黏土矿物的结构278

9.12.2 黏土矿物的膨胀280

9.12.3 黏土矿物分散系281

9.13 自组装薄膜282

总结285

拓展阅读286

参考文献287

课后练习287

第10章 生物界面289

10.1 导言289

10.2 膜物质290

10.2.1 磷脂290

10.2.2 胆固醇293

10.2.3 磷脂＋胆固醇293

10.2.4 膜蛋白293

10.3 双分子层296

10.3.1 结构296

10.3.2 特性297

10.4 囊泡和脂质体298

10.4.1 磷脂的自组装298

10.4.2 囊泡的渗透性300

10.4.3 电子显微镜300

10.4.4 应用301

10.5 细胞膜301

10.5.1 组成301

10.5.2 结构302

10.5.3 功能：选择性透过303

10.5.4 表面活性剂效应307

10.6 分子识别307

10.6.1 相互作用的本质307

10.6.2 缔合常数308

10.6.3 表面技术的应用310

10.7 肺表面活性物质310

10.7.1 天然的肺表面活性物质：组成和功能311

10.7.2 肺表面活性物质的形成和生命周期311

10.7.3 肺表面活性物质的表面活性312

10.8 呼吸道中的气溶胶312

10.8.1 呼吸系统和大气污染312

10.8.2 气溶胶的治疗作用313

10.9 细菌的表面吸附314

总结316

拓展阅读316

参考文献318

课后练习319