表面力仪的改进及溶液中DLVO理论的验证.pdf

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1、第23卷第3期化学研究中国科技核心期刊2012年5月CHEMICALRESEARCHhxyjI@henu．edu．CD表面力仪的改进及溶液中DLVO理论的验证张中威，谭业发，董贵杨，杨自双(解放军理工大学212程兵工程学院，江苏南京210007)摘要：改进了现有表面力仪，使之具有更低的造价和更高的实验精度．利用改进后的表面力仪测量了0．1mol／L的NaC1溶液中两云母表面间的作用力一距离曲线；通过与计算得到的曲线对比验证了DLVO理论．结果表明：在0．1mol／L的NaC1溶液中，两云母表面问在距离较大时的作用力测量值与DLVO理论值相

2、符合，但在距离较小时测量值出现附加的短程斥力，且此斥力呈现指数衰减规律．关键词：表面力仪；改进；DLVO理论；验证中图分类号：O647．1文献标志码：A文章编号：1008—1011(2012)03—0016—05ImprovementonsurfaceforceapparatusandverificationofDLVOtheoryinsolutionZHANGZhong—wei，TANYe—fa，DONGGui—yang，YANGZi—shuang(EngineeringInstituteofEngineeringCorps，PLAUn

3、iversityofScienceandTechnology，Nanjing210007，Jiangsu，China)Abstract：Previouslydevelopedsurfaceforceapparatus(SFA)wasreconstructedandmodifiedSOastoreducecostandincreasemeasurementprecision．ThemodifiedSFAwasadoptedtomeasurethesurfaceforce—distancecurvesbetweentWOmicasurface

4、sin0．1mol／LNaC1solu—tion，andtheDIVOtheorywasverifiedbycomparingthemeasureddatawiththecalculatedcurves．Resultsindicatethat，in0．1mol／INaCIsolution，themeasuredforcesareingoodagreementwiththosedescribedbyDLVOtheorywhenthedistancebetweenthetwomicaslicesislarge．However，whenthed

5、istancebetweenthetwomicaslicesisshort，anadditionalshort—rangerepulsiveforceisobservedduringthemeasurement，andtheshort—distancerepulsiveforceisdominatedbyruleofexponentialattenuation．Keywords：surfaceforceapparatus；improvement；DLVOtheory；verification1969年TABOR和WINTERTON首先设计

6、出能够测量两表面间小位移的仪器，经过多年发展，表面力仪已经成为表面科学、纳米摩擦学等领域重要的研究工具之一_1]．传统的DLVO理论认为，胶体粒子间同时存在着范德华引力和因双电层重叠而产生的静电斥力，且二者均与粒子间距离有关，当粒子相互靠近时，其间排斥能可以超过吸引能，在总作用能一距离关系曲线上形成势垒，从而阻止胶体粒子相互靠近和凝结，使胶体体系稳定．DIVO理论能很好地解释胶体和表面工程中很多实际作用力的情况[3]．ISRAELACHVILI和PASHLEY利用表面力仪首次测得云母表面在较高浓度的介质中，除静电力和范德华引力外，还存在一

7、种短程斥力，它的主要特点是作用在5rim范围内，属短程范围，大小随溶液中阳离子的变化而改变J．本文作者对SFA2000型表面力仪进行了较大改进，使之具有更低的造价和更高的实验精度．在改进后的表面力仪上进行了NaC1溶液中DIVO理论的验证实验，研究比较了实验结果同DLVO理论曲线的差异并分析了造成这种差异的原因．收稿日期：2011—11—1O．作者简介：张中威(1987一)，男，硕士生，主要研究方向为表面工程及胶黏剂第3期张中威等：表面力仪的改进及溶液中DLVO理论的验证1实验部分1．1仪器改进介绍对SFA2000型表面力仪在微进给系统与

8、图像采集及处理系统两个方面进行了改进．1．1．1微进给系统的改进改进后的微进给系统的基本机械结构如图1所示，本部分由步进电机一小联轴器一大连轴器一差动测微头及固定支承部件组成．改进后的微进给系