论文部分内容阅读
自然界中固腋、固/固界面的性质影响许多物理与化学现象，例如电泳、摩擦、聚结、絮凝以及胶体粒子分布等。尤其，电解质溶液中固液界面的性质在胶体科学、生命科学、纳米摩擦等科学领域起着至关重要的作用。本文利用表面力仪(surface forces apparatus，SFA)对高价电解质溶液中云母表面间作用力、纳米级厚度的水膜及有机溶剂分子膜的吸附特性、电荷倒置等目前界面科学中的热点问题进行实验研究。同时，对SFA系统进行改进，包括结构优化和增加了温湿度控制的新功能等。 本文主要工作如下:首先，由于近年以来针对纳米级薄膜吸附在固体表面的研究成为热点。我们对原有SFA2000进行改进，增添了加湿器、恒温恒湿箱、循环泵、湿度传感器等装置，使之能够实现SFA腔内湿度的实时控制，相对湿度的控制范围为5％到80％，精度可达±1％。这些改进使得SFA系统可以实现对纳米级厚度薄膜的研究。 其次，为了深入研究吸附薄膜对云母表面性质的影响，我们利用改进后的SFA测量了云母表面吸附水膜厚度与时间及相对湿度的关系。并且对吸附水膜后云母表面在三价LaCl3溶液中的界面现象进行了研究，包括云母表面电性的变化、电荷倒置现象的产生、德拜长度的变化、云母间双电层力势垒的变化以及溶液中pH值对实验的影响。研究结果表明，随着溶液中La3+离子浓度的增大，云母表面电性从带负电变为正电，当溶液浓度10-6 mol/L左右时表面间的相互作用力绝对值最小，出现了电荷倒置现象。水膜厚度小于6(A)时，随着距离的增大，表面间的作用力呈指数衰减。厚度大于8(A)时，在扩散层(表面间距离＞15nm)作用力随着距离增大呈指数衰减，减小溶液pH值会减弱电荷倒置。 最后，针对现有SFA实验中出现的问题进行了结构优化，通过在下支撑上加入套筒等元件大大节省了溶液的用量，避免高浓度盐溶液腐蚀SFA内腔。而且每次实验结束后，只需清洗套筒和上下支撑，不必将SFA与溶液接触的所有零件拆卸并清洗，在一定程度上保证了设备零件的清洁度，提高了实验效率。 本文工作为系统研究纳米级厚度薄面形成的固液界面性质提供了实验条件和初步的实验结论，为以后纳米级厚度薄膜研究的全面开展与应用提供了必要的条件。