晶体的表面和界面结构

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1、1第一章表面热力学2一、表面现象出污泥而不染的荷叶在水上行走自如的水黾壁虎的爬行粉层爆炸溶液的过饱和液体在固体表面的润湿3荷叶的表面4荷叶的表面中国科学院化学研究所荷叶的表面附着着无数个微米级的蜡质乳突结构。用电子显微镜观察这些乳突时，可以看到在每个微米级乳突的表面又附着着许许多多与其结构相似的纳米级颗粒------荷叶的微米-纳米双重结构。正是具有这些微小的双重结构，使荷叶表面与水珠儿或尘埃的接触面积非常有限，因此便产生了水珠在叶面上滚动并能带走灰尘的现象。自然界中具有自清洁功能的荷叶、芸苔等

2、植物表面仅为表面能较低的植物蜡所覆盖。天然荷叶的表面微结构5自清洁功能的高分子仿生表面高分子仿生表面的微纳双重结构由球形胶束团聚体构筑的嵌段共聚物表面AdvanceMaterials(2004,Vol.16,No.4,p302-3056天然荷叶表面微结构(A和B)和一步法制备的高分子仿生表面MNBs形态(C和D)7在天然荷叶表面水珠(A)和高分子仿生表面水珠(B)及其油珠(C)的接触角8聚合物的微米－纳米双重结构（Micro-nano-binarystructure,NMBs）用两种普通的高分子

3、材料——含氟端基聚氨酯和聚甲基丙烯酸酯(有机玻璃)溶解到二甲基甲酰胺中，利用聚合物在溶液蒸发过程中自动聚集和形成曲面的作用，在室温和大气环境下构筑起一种类似荷叶表面微米-纳米双重结构的聚合物膜。用聚丙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯两嵌段共聚物作为成膜物质，用直接成膜法得到了具有三维微纳米结构的聚合物表面。利用两嵌段共聚物在选择性溶剂中溶解性不同而得到多分子胶束溶液，单一胶束粒径在50至200纳米之间。在溶剂挥发过程中，胶束彼此之间聚集以减小体系的表面能，形成尺寸在1～2微米的球形胶束团聚体，每个团聚体

4、的表面为众多纳米级的单个多分子胶束所覆盖，构筑聚合物涂层表面具有与天然荷叶表面相似的微纳双重结构，这一高分子仿生表面表现出类似天然荷叶的自清洁功能，水滴(5微升)的接触角为160.5±2.1度，滚动角为9±2.1度。在一个相对光滑的平面倒上一种聚合物溶液，使其表面形成一层均匀的高分子膜，这个平面就具备了类似荷叶表面的自洁功能。当把水倒在这一表面上时，水会自动凝聚成一颗颗浑圆的水珠儿，从该表面上滑落。专家说，这种高分子表面性能比荷叶表面还要好，荷叶只能疏水不能疏油，将油滴在荷叶上，油珠儿会慢慢地浸

5、润开来，但这种仿荷叶的表面具有疏水、疏油和自洁能力。9水黾在水上行走的奥秘《自然》（Nature2004，432，36）一种常见的生活在池塘、河流和溪水表面的昆虫水黾为何能够毫不费力地站在水面上，并能快速地移动和跳跃？以前的学者认为的依靠的是分泌的油脂所产生的表面张力效应。水黾能在水面上支撑15倍于身体的重量10水黾是利用其腿部特殊的微纳米结构效应来实现的。空气被有效地吸附在这些取向的微米刚毛和螺旋状纳米沟槽的缝隙内，在其表面形成一层稳定的气膜，阻碍了水滴的浸润，宏观上表现出水黾腿的超疏水特性。

6、水黾腿的扫描电镜SEM照片，(b)无数细长微刚毛，20μm，(c)单根刚毛上的精细螺旋状的纳米凹槽结构，200nm11对其腿的力学测量表明：仅仅一条腿在水面的最大支持力就达到了其身体总重量的15倍。正是这种超强的负载能力使得水黾在水面上行动自如，即使在狂风暴雨和急速流动的水流中也不会沉没。这一新的发现将有助于在不远的将来设计出新型微型水上交通工具。12壁虎爬行的奥秘13141516美、英、俄等国的研究小组才真正揭示了壁虎在墙上爬行的秘密。这个秘密就是“分子间的作用力”。科学家在显微镜下发现，壁虎

7、脚趾上约有650万根次纳米级的细毛，每根细毛直径约为200至500纳米，约是人类毛发的直径的十分之一。这些细毛的长度是人类毛发直径的2倍，毛发前端有100～1000个类似树状的微细分枝，每分枝前端有细小的肉趾，能和接触的物体表面产生很微小的分子间的作用力。这个力虽然很小，但是，当壁虎脚上所有的细毛都与固体表面充分接触时，它们所产生的总粘着力就会超过许多人工黏合剂能够产生的力量。壁虎脚上650万根细毛全部附着在物体表面上时，可吸附住质量为133千克的物体，这相当于两个成人的质量。17壁虎胶带——这

8、一来自幻想中的新技术，已经被专家们评为“2004年最具市场冲击力的十大新技术”之一。实验表明，2平方毫米的这种人工胶带，就可以支撑一个15厘米，重40克的蜘蛛侠玩具的整个体重。注意，“蜘蛛侠”只有一只手粘在玻璃平面上。科学家指出，只要两只手掌上都缚上这种人工胶带，就足以支撑一个成人的全部体重。18液/气界面液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入体相的作用力。这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层