材料表面與界面

1、材料材料表面與界面表面與界面 Surface and Interface of material 大連工業(yè)大學(xué)紡織與材料學(xué)院大連工業(yè)大學(xué)紡織與材料學(xué)院 劉俊龍劉俊龍2011年年11月月 第七章第七章 聚合物表面與界面聚合物表面與界面概述概述 （Polymer Surface and Interface） 隨著聚合物制品的品種不斷的增多，人們不僅希望制品存在隨著聚合物制品的品種不斷的增多，人們不僅希望制品存在 優(yōu)異的內(nèi)在性能，而且對(duì)其表面性質(zhì)的要求也越來越高。優(yōu)異的內(nèi)在性能，而且對(duì)其表面性質(zhì)的要求也越來越高。 p要求制品有要求制品有精美的外觀精美的外觀以提高制品的商品價(jià)

2、值；以提高制品的商品價(jià)值； p要求制品具有某些要求制品具有某些特殊的表面性能特殊的表面性能以滿足制品的各種使用要求。以滿足制品的各種使用要求。 這除了需要開發(fā)新品種以滿足要求外，主要靠材料的表面改這除了需要開發(fā)新品種以滿足要求外，主要靠材料的表面改 性來實(shí)現(xiàn)。性來實(shí)現(xiàn)。 7.1 概述概述 聚合物材料的許多有價(jià)值的功能，是通過其界面與外在環(huán)境接聚合物材料的許多有價(jià)值的功能，是通過其界面與外在環(huán)境接 觸而形成的界面來做貢獻(xiàn)的。觸而形成的界面來做貢獻(xiàn)的。 如如粘合、粘附、密封、表面保護(hù)、膠體穩(wěn)定、擴(kuò)散、滲透與反滲透、粘合、粘附、密封、表面保護(hù)、膠體穩(wěn)定、擴(kuò)散、滲透與反滲透、 表面改性、表面化學(xué)反應(yīng)、

3、催化、涂飾、防腐蝕、摩擦、磨損、潤(rùn)表面改性、表面化學(xué)反應(yīng)、催化、涂飾、防腐蝕、摩擦、磨損、潤(rùn) 滑、老化與防老化滑、老化與防老化等現(xiàn)象與技術(shù)，無一不與材料的界面有關(guān)。等現(xiàn)象與技術(shù)，無一不與材料的界面有關(guān)。 多組分多相聚合物包含多組分多相聚合物包含聚合物復(fù)合材料聚合物復(fù)合材料、共混材料共混材料、增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料及及填填 充材料，充材料，都存在兩個(gè)或多個(gè)相，因此都有相界面的作用，都存在兩個(gè)或多個(gè)相，因此都有相界面的作用， 這些材料的性質(zhì)優(yōu)劣在很大程度上取決于界面相互作用的結(jié)果。這些材料的性質(zhì)優(yōu)劣在很大程度上取決于界面相互作用的結(jié)果。 只有透徹了解界面的關(guān)系問題，才能充分發(fā)揮這類材料的優(yōu)良性能。只有透

4、徹了解界面的關(guān)系問題，才能充分發(fā)揮這類材料的優(yōu)良性能。 各種材料與產(chǎn)品的粘接、復(fù)合、共混、增強(qiáng)、密封、印刷、各種材料與產(chǎn)品的粘接、復(fù)合、共混、增強(qiáng)、密封、印刷、 裝潢、表面改性、表面鍍膜、防腐或裝飾涂裝、表面防老化、裝潢、表面改性、表面鍍膜、防腐或裝飾涂裝、表面防老化、 防污染、防靜電、提高耐磨損、潤(rùn)滑與減阻、催化節(jié)能、光刻防污染、防靜電、提高耐磨損、潤(rùn)滑與減阻、催化節(jié)能、光刻 與光抗蝕、表面摻雜與成膜、膠體的乳化分散、懸浮、穩(wěn)定、與光抗蝕、表面摻雜與成膜、膠體的乳化分散、懸浮、穩(wěn)定、 聚沉與絮凝、生物醫(yī)學(xué)工程材料與血液相容性、藥物緩釋等一聚沉與絮凝、生物醫(yī)學(xué)工程材料與血液相容性、藥物緩釋等一

5、 系列實(shí)用技術(shù)，都涉及到系列實(shí)用技術(shù)，都涉及到表面與界面表面與界面。 7.2 表面處理的涵義表面處理的涵義 一、界面化學(xué)的基本概念一、界面化學(xué)的基本概念 （1）表面（）表面（surface）：真空下的物體的最外層。）：真空下的物體的最外層。 通常，人們都把肉眼看到的物體（固體和液體）的外部稱為通常，人們都把肉眼看到的物體（固體和液體）的外部稱為 表面。表面。 這只是一種沿用了幾千年的習(xí)慣稱呼，并不是嚴(yán)格的科學(xué)定這只是一種沿用了幾千年的習(xí)慣稱呼，并不是嚴(yán)格的科學(xué)定 義。義。 實(shí)際上，人類是生活在為空氣所籠罩的環(huán)境下的。因此，任實(shí)際上，人類是生活在為空氣所籠罩的環(huán)境下的。因此，任 何存在于地球上的

6、物體的外部，都被空氣包圍并和空氣密切接觸，何存在于地球上的物體的外部，都被空氣包圍并和空氣密切接觸， 形成液相與氣相（空氣）、固相與氣相的接觸面。在此接觸面上形成液相與氣相（空氣）、固相與氣相的接觸面。在此接觸面上 的分子并非靜止不動(dòng)的，而是存在著兩相分子之間的相互作用，的分子并非靜止不動(dòng)的，而是存在著兩相分子之間的相互作用， 如吸附、擴(kuò)散與氧化作用等等。如吸附、擴(kuò)散與氧化作用等等。 難以對(duì)表面做出準(zhǔn)確的定義。難以對(duì)表面做出準(zhǔn)確的定義。 物體的表面：是在真空狀態(tài)下，物體內(nèi)部和真空之間的過渡區(qū)域。物體的表面：是在真空狀態(tài)下，物體內(nèi)部和真空之間的過渡區(qū)域。 是物體最外面的幾層原子和覆蓋在其上的一些

7、外來原子和是物體最外面的幾層原子和覆蓋在其上的一些外來原子和 分子所形成的表面層。它的分子所形成的表面層。它的厚度很小厚度很小，一般只，一般只有零點(diǎn)幾個(gè)納有零點(diǎn)幾個(gè)納 米到幾個(gè)納米米到幾個(gè)納米。這一表面具有獨(dú)特的性質(zhì)，它和物體內(nèi)部的。這一表面具有獨(dú)特的性質(zhì)，它和物體內(nèi)部的 性質(zhì)不完全相同。表面是具有二維因次的一塊面積，既然是性質(zhì)不完全相同。表面是具有二維因次的一塊面積，既然是 二維的，當(dāng)然沒有厚度，也就沒有體積。二維的，當(dāng)然沒有厚度，也就沒有體積。 表面有固體的表面；液體的表面。表面有固體的表面；液體的表面。 （2）界面（）界面（interface）：兩個(gè)物體的相態(tài)相接觸的分界層。）：兩個(gè)物體

8、的相態(tài)相接觸的分界層。 即兩相間的交界部分。即兩相間的交界部分。 如果兩個(gè)相態(tài)接觸緊密，就會(huì)有分子間相互作用存在，如果兩個(gè)相態(tài)接觸緊密，就會(huì)有分子間相互作用存在， 形成在形成在組成、密度、性質(zhì)組成、密度、性質(zhì)上和兩相有交錯(cuò)并有梯度變化的過上和兩相有交錯(cuò)并有梯度變化的過 渡區(qū)域。此分界面也可稱為界面層，它不同于兩邊相態(tài)的實(shí)渡區(qū)域。此分界面也可稱為界面層，它不同于兩邊相態(tài)的實(shí) 體，有獨(dú)立的相，占有一定的空間，有固定的位置，體，有獨(dú)立的相，占有一定的空間，有固定的位置，有相當(dāng)有相當(dāng) 的厚度和面積。的厚度和面積。 AA SS B B 與與為不同的兩個(gè)物質(zhì)，它們接觸到一起就會(huì)產(chǎn)生界為不同的兩個(gè)物質(zhì)，它們

9、接觸到一起就會(huì)產(chǎn)生界 面。面。 SS為兩相接觸的面（相界面），為了方便處理，通常為兩相接觸的面（相界面），為了方便處理，通常 將界面看作一個(gè)虛構(gòu)的幾何面。將界面看作一個(gè)虛構(gòu)的幾何面。 AA與與BB之間的部分為界面相，很薄，幾個(gè)分子厚。之間的部分為界面相，很薄，幾個(gè)分子厚。 許多研究者已經(jīng)證實(shí)：處于兩相間的交界部分乃是一個(gè)具有許多研究者已經(jīng)證實(shí)：處于兩相間的交界部分乃是一個(gè)具有 一定厚度（厚度很小，一般只有零點(diǎn)幾納米到幾納米，通常小一定厚度（厚度很小，一般只有零點(diǎn)幾納米到幾納米，通常小 于于0.1m）的區(qū)域，物質(zhì)的組分和能量可以通過這個(gè)區(qū)域從一）的區(qū)域，物質(zhì)的組分和能量可以通過這個(gè)區(qū)域從一 個(gè)相

10、連續(xù)地變化到另一個(gè)相。這層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與相鄰兩相的個(gè)相連續(xù)地變化到另一個(gè)相。這層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與相鄰兩相的 結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都不一樣。在界面區(qū)域內(nèi)壓力是不均一的，在垂直結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都不一樣。在界面區(qū)域內(nèi)壓力是不均一的，在垂直 于界面的方向上存在壓力梯度。與此相反，在本體相區(qū)域內(nèi)壓于界面的方向上存在壓力梯度。與此相反，在本體相區(qū)域內(nèi)壓 力是均一的，不存在著梯度，并且是各向同性的。在本體相區(qū)力是均一的，不存在著梯度，并且是各向同性的。在本體相區(qū) 域內(nèi)可逆地輸送物質(zhì)不會(huì)消耗凈能量。域內(nèi)可逆地輸送物質(zhì)不會(huì)消耗凈能量。 界面層雖然是獨(dú)立的，但和兩邊的相態(tài)有依存關(guān)系，凡是有兩相界面層雖然是獨(dú)立的，但和兩邊的相態(tài)有依

11、存關(guān)系，凡是有兩相 接觸的地方，就會(huì)有界面出現(xiàn)；反之，沒有兩相的接觸，就不可接觸的地方，就會(huì)有界面出現(xiàn)；反之，沒有兩相的接觸，就不可 能產(chǎn)生界面。地球上的液體或固體，實(shí)際上都是與空氣相接觸而能產(chǎn)生界面。地球上的液體或固體，實(shí)際上都是與空氣相接觸而 形成液相形成液相/氣相接觸面和固相氣相接觸面和固相/氣相接觸面，或稱為液氣相接觸面，或稱為液/氣界面和固氣界面和固/ 氣界面，而不是表面。氣界面，而不是表面。 界面化學(xué)是以多相體系為對(duì)象，研究界面上的特殊的物理化學(xué)界面化學(xué)是以多相體系為對(duì)象，研究界面上的特殊的物理化學(xué) 性質(zhì)和由此產(chǎn)生的一系列現(xiàn)象及其應(yīng)用的學(xué)科。性質(zhì)和由此產(chǎn)生的一系列現(xiàn)象及其應(yīng)用的學(xué)科

12、。 （3）界面的類型）界面的類型 物體一般都具有氣相、液相和固相三種狀態(tài)。按每物體一般都具有氣相、液相和固相三種狀態(tài)。按每 兩種相態(tài)相互接觸生成的界面，就會(huì)有五種界面：兩種相態(tài)相互接觸生成的界面，就會(huì)有五種界面： 液體液體/氣體界面；氣體界面； 液體液體/液體界面（限于兩種液體基本不互溶時(shí)）；液體界面（限于兩種液體基本不互溶時(shí)）； 固體固體/氣體界面；氣體界面； 固體固體/液體界面；液體界面； 固體固體/固體界面。固體界面。 兩種氣體相接觸時(shí)，由于氣體分子的相互運(yùn)動(dòng)，會(huì)兩種氣體相接觸時(shí)，由于氣體分子的相互運(yùn)動(dòng)，會(huì) 很快混合成為由混合氣體組成的一個(gè)氣相，所以不存在很快混合成為由混合氣體組成的一個(gè)

13、氣相，所以不存在 穩(wěn)定的氣體穩(wěn)定的氣體/氣體界面。氣體界面。 （4）和界面有關(guān)系的現(xiàn)象）和界面有關(guān)系的現(xiàn)象 自然界存在大量和界面有關(guān)的現(xiàn)象。幾乎在自然界、日常生活自然界存在大量和界面有關(guān)的現(xiàn)象。幾乎在自然界、日常生活 和生產(chǎn)中到處都存在界面現(xiàn)象。由于界面現(xiàn)象的廣泛性，因此和生產(chǎn)中到處都存在界面現(xiàn)象。由于界面現(xiàn)象的廣泛性，因此 研究界面現(xiàn)象具有很重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。舉例如下：研究界面現(xiàn)象具有很重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。舉例如下： 氣氣/ /液界面：蒸發(fā)，部分液相分子在一定溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嘁航缑妫赫舭l(fā)，部分液相分子在一定溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?分子；蒸餾，液體分子蒸發(fā)后，部分氣相分子冷凝轉(zhuǎn)變?yōu)橐悍?/p>

14、子；蒸餾，液體分子蒸發(fā)后，部分氣相分子冷凝轉(zhuǎn)變?yōu)橐?相分子；表面張力，液相與氣相之間界面所特有的一種力；相分子；表面張力，液相與氣相之間界面所特有的一種力； 泡沫，液體與氣體不互溶時(shí)，氣體分散在液膜內(nèi)的一種常見泡沫，液體與氣體不互溶時(shí)，氣體分散在液膜內(nèi)的一種常見 的現(xiàn)象；霧，液體成微滴懸浮在空氣中的常見自然現(xiàn)象。的現(xiàn)象；霧，液體成微滴懸浮在空氣中的常見自然現(xiàn)象。 液液界面：乳液，兩不互溶液體相互接觸時(shí)，一相的微液液界面：乳液，兩不互溶液體相互接觸時(shí)，一相的微 滴分散在另一相的液體內(nèi)，微滴是牛奶狀而對(duì)光線發(fā)生漫滴分散在另一相的液體內(nèi)，微滴是牛奶狀而對(duì)光線發(fā)生漫 反射，故稱乳液；界面張力，不互溶的

15、兩相液體接觸界面反射，故稱乳液；界面張力，不互溶的兩相液體接觸界面 上所特有的一種力。上所特有的一種力。 氣固界面：氣固界面： 氣體吸附，吸附劑吸附氣體的一種作用；氣體吸附，吸附劑吸附氣體的一種作用； 氣蝕，如氣輪機(jī)的葉片，長(zhǎng)期受噴射氣體的沖刷所發(fā)生的腐蝕；氣蝕，如氣輪機(jī)的葉片，長(zhǎng)期受噴射氣體的沖刷所發(fā)生的腐蝕； 升華，固體直接氣化的現(xiàn)象；升華，固體直接氣化的現(xiàn)象； 灰塵，固體的微粒懸浮于空氣中；灰塵，固體的微粒懸浮于空氣中； 煙，固體極細(xì)的微粒懸浮于空氣中；煙，固體極細(xì)的微粒懸浮于空氣中； 催化反應(yīng)，氣體與固體催化劑表面接觸在一定的條件下產(chǎn)生化催化反應(yīng)，氣體與固體催化劑表面接觸在一定的條件下

16、產(chǎn)生化 學(xué)變化，生成新的化學(xué)物質(zhì)；學(xué)變化，生成新的化學(xué)物質(zhì)； 固體的分解，一種固體在一定條件下分解而得到另一種固體和氣固體的分解，一種固體在一定條件下分解而得到另一種固體和氣 體的現(xiàn)象，如碳酸鈣加熱分解而成氧化鈣（石灰）和二氧化碳；體的現(xiàn)象，如碳酸鈣加熱分解而成氧化鈣（石灰）和二氧化碳； 氣體和固體的化學(xué)反應(yīng)，如空氣中的氧氣對(duì)鐵的表面發(fā)生氧化反氣體和固體的化學(xué)反應(yīng)，如空氣中的氧氣對(duì)鐵的表面發(fā)生氧化反 應(yīng)生成氧化鐵。應(yīng)生成氧化鐵。 液固界面：液固界面： 固體從溶液中吸附溶質(zhì)，如用活性炭吸附蔗糖液中帶色的雜質(zhì)，固體從溶液中吸附溶質(zhì)，如用活性炭吸附蔗糖液中帶色的雜質(zhì)， 這時(shí)，在活性炭和蔗糖溶液接觸的

17、部位形成液固界面；電解，這時(shí)，在活性炭和蔗糖溶液接觸的部位形成液固界面；電解， 電極浸入電解液中通直流電后，發(fā)生的電解反應(yīng)；電極浸入電解液中通直流電后，發(fā)生的電解反應(yīng)； 高分子膠體，聚合物微細(xì)粒子分散在水或其他液體介質(zhì)中，形高分子膠體，聚合物微細(xì)粒子分散在水或其他液體介質(zhì)中，形 成的膠體溶液；成的膠體溶液； 焊接，如熔用的焊錫（液體）焊接金屬（焊錫焊接冷卻后則是焊接，如熔用的焊錫（液體）焊接金屬（焊錫焊接冷卻后則是 固固界面）；固固界面）； 潤(rùn)濕，液體在固體表面上鋪展開來；接觸角，液滴在固體平面潤(rùn)濕，液體在固體表面上鋪展開來；接觸角，液滴在固體平面 上形成的夾角；上形成的夾角； 浮選使某些礦石

18、粉末的有效成分在水溶液中上浮而達(dá)到富集浮選使某些礦石粉末的有效成分在水溶液中上浮而達(dá)到富集 礦石的有效成分的效果；礦石的有效成分的效果； 粘合，如粘合劑粘合兩被粘固體；粘合，如粘合劑粘合兩被粘固體； 潤(rùn)滑，如機(jī)油滴在齒輪間減小摩擦阻力的作用；潤(rùn)滑，如機(jī)油滴在齒輪間減小摩擦阻力的作用； 催化，液體在固體催化劑表面上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。催化，液體在固體催化劑表面上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。 固固界面：固固界面： 粘合接頭，粘合劑在兩固體被粘物之間牢固結(jié)合并固化成為粘合接頭，粘合劑在兩固體被粘物之間牢固結(jié)合并固化成為 一個(gè)整體；一個(gè)整體； 摩擦，兩個(gè)固體相互接觸并相對(duì)移動(dòng)的現(xiàn)象；摩擦，兩個(gè)固體相互接觸并相對(duì)移動(dòng)的

19、現(xiàn)象； 磨損，兩塊固體互相接觸并相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，表面層掉落下來成磨損，兩塊固體互相接觸并相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，表面層掉落下來成 為磨屑，表面因此而發(fā)生的損失；為磨屑，表面因此而發(fā)生的損失； 吸鐵石，因磁性作用而吸住鐵塊；吸鐵石，因磁性作用而吸住鐵塊； 合金，一種金屬的晶體分布在另一種金屬里面；合金，一種金屬的晶體分布在另一種金屬里面； 固相反應(yīng)，兩種混合的固體，在一定條件下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。固相反應(yīng)，兩種混合的固體，在一定條件下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。 （5）聚合物表面處理）聚合物表面處理 聚合物表面處理聚合物表面處理是指用物理、化學(xué)、機(jī)械等方法對(duì)聚合物制是指用物理、化學(xué)、機(jī)械等方法對(duì)聚合物制 品表面進(jìn)行處理，根據(jù)應(yīng)

20、用的需要有目的地改變聚合物表面品表面進(jìn)行處理，根據(jù)應(yīng)用的需要有目的地改變聚合物表面 的物理化學(xué)性質(zhì)的過程。的物理化學(xué)性質(zhì)的過程。 二、表面處理的研究?jī)?nèi)容二、表面處理的研究?jī)?nèi)容 （1）表面處理的目的）表面處理的目的 對(duì)于聚合物材料來說，表面處理的目的主要有以下幾個(gè)方面對(duì)于聚合物材料來說，表面處理的目的主要有以下幾個(gè)方面 ： 1）美觀裝飾及標(biāo)志作用）美觀裝飾及標(biāo)志作用 如采用拋光、打磨等機(jī)械方面來處理制品表面，使粗糙表面變?nèi)绮捎脪伖?、打磨等機(jī)械方面來處理制品表面，使粗糙表面變 成光滑表面；采用表面染色來改善外觀并起到裝飾作用；采用成光滑表面；采用表面染色來改善外觀并起到裝飾作用；采用 涂覆改善表面

21、。采用化學(xué)鍍、電鍍及真空蒸鍍等方法改善外觀。涂覆改善表面。采用化學(xué)鍍、電鍍及真空蒸鍍等方法改善外觀。 2）二次加工）二次加工 金屬化處理；粘結(jié)、印刷、燙金等。金屬化處理；粘結(jié)、印刷、燙金等。 3）提高材料抵御外界環(huán)境作用的能力）提高材料抵御外界環(huán)境作用的能力 聚合物材料易老化，可采用覆蓋金屬或涂覆的方面改善之。聚合物材料易老化，可采用覆蓋金屬或涂覆的方面改善之。 4）賦予材料特殊的功能功能高分子）賦予材料特殊的功能功能高分子 光活性光活性光敏材料；光敏材料； 電電 抗靜電材料；抗靜電材料； 磁磁 導(dǎo)磁材料；導(dǎo)磁材料； 熱熱 熱敏材料；熱敏材料； 聲聲 吸聲材料；吸聲材料； 吸附、分離；吸附、分

22、離； 高分子催化劑；高分子催化劑； 高分子試劑；高分子試劑； 固定化酶等。固定化酶等。 7.3 聚合物表面性質(zhì)聚合物表面性質(zhì) 涉及聚合物表面處理技術(shù)的開發(fā)，必須研究涉及聚合物表面處理技術(shù)的開發(fā)，必須研究處理方法處理方法， 但對(duì)但對(duì)處理結(jié)果處理結(jié)果表面有什么樣的變化的研究更加重要。表面有什么樣的變化的研究更加重要。 為開發(fā)出更好的處理方法，必須對(duì)表面處理工藝進(jìn)行定量為開發(fā)出更好的處理方法，必須對(duì)表面處理工藝進(jìn)行定量 化，因而必須搞清表面評(píng)價(jià)手段和表面處理的結(jié)果?；?，因而必須搞清表面評(píng)價(jià)手段和表面處理的結(jié)果。 我們將表面性質(zhì)分為表面化學(xué)性質(zhì)、表面物理性質(zhì)、我們將表面性質(zhì)分為表面化學(xué)性質(zhì)、表面物理性

23、質(zhì)、 界面性質(zhì)三個(gè)方面。界面性質(zhì)三個(gè)方面。 表面化學(xué)性質(zhì)和表面化學(xué)性質(zhì)和表面化學(xué)結(jié)構(gòu)表面化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)系。聚合物的表面化學(xué)有關(guān)系。聚合物的表面化學(xué) 結(jié)構(gòu)是各不相同的，是和其自身品種、加工方法等因素相關(guān)的。結(jié)構(gòu)是各不相同的，是和其自身品種、加工方法等因素相關(guān)的。 一、表面化學(xué)性質(zhì)一、表面化學(xué)性質(zhì) 要了解表面化學(xué)結(jié)構(gòu)，首先要知道的是：要了解表面化學(xué)結(jié)構(gòu)，首先要知道的是： 表面有什么樣的官能團(tuán)？有多少個(gè)？如何分布？（表面上表面有什么樣的官能團(tuán)？有多少個(gè)？如何分布？（表面上 或距離表面深度方向）?；蚓嚯x表面深度方向）。 然后要了解高分子在表面的聚集狀態(tài)，或共混體系中聚合然后要了解高分子在表面的聚集狀態(tài)，

24、或共混體系中聚合 物的分布狀態(tài)。物的分布狀態(tài)。 表面能如何變化，盡管有些偏物理方面，但也理解為化學(xué)表面能如何變化，盡管有些偏物理方面，但也理解為化學(xué) 結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 了解了這些知識(shí)才能研究表面處理的機(jī)理。了解了這些知識(shí)才能研究表面處理的機(jī)理。 可采用紅外光譜法分析表面官能團(tuán)的種類?？刹捎眉t外光譜法分析表面官能團(tuán)的種類。 透射法透射法abrasion法；法； 表面反射法：表面反射法： ATR法（法（attenuated total internal reflection）衰減全反）衰減全反 射法射法MIR法（法（multiple internal reflection）多重內(nèi)反射法）多重內(nèi)反射法

25、激光拉曼光譜。激光拉曼光譜。 AES、XMA、ESCA、測(cè)電子能量、表面能的分析。、測(cè)電子能量、表面能的分析。 FTIR法：法： FTIR ATR差譜、差譜、FTIR高靈敏度反射法、高靈敏度反射法、 FTIR 擴(kuò)散反射法等。擴(kuò)散反射法等。 二、二、 表面物理性質(zhì)表面物理性質(zhì) 聚合物的表面物理性質(zhì)有很多項(xiàng)目，但作為表面處理來聚合物的表面物理性質(zhì)有很多項(xiàng)目，但作為表面處理來 考慮的重要物理性質(zhì)是表面結(jié)晶性和表面粗糙度?？紤]的重要物理性質(zhì)是表面結(jié)晶性和表面粗糙度。 粘接性、印刷性、防污性、洗凈性及潤(rùn)濕性等性質(zhì)和粘接性、印刷性、防污性、洗凈性及潤(rùn)濕性等性質(zhì)和 表面是否結(jié)晶，表面粗糙度大小有很大關(guān)系。表

26、面是否結(jié)晶，表面粗糙度大小有很大關(guān)系。 氣體或液體的選擇滲透性除與表面的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外，氣體或液體的選擇滲透性除與表面的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外， 也依賴著表面結(jié)晶性。也依賴著表面結(jié)晶性。 （一）表面結(jié)晶性（一）表面結(jié)晶性 單晶表面單晶表面 以簡(jiǎn)單的高分子聚乙烯為例，將以簡(jiǎn)單的高分子聚乙烯為例，將PE用熱的二甲苯溶解后緩慢冷卻，用熱的二甲苯溶解后緩慢冷卻， 在在9070的溫度下得到無數(shù)小單晶。的溫度下得到無數(shù)小單晶。 在高溫可得到漂亮的結(jié)晶，在低溫生成樹枝狀結(jié)晶。在高溫可得到漂亮的結(jié)晶，在低溫生成樹枝狀結(jié)晶。 在高溫得到的在高溫得到的PE結(jié)晶為板狀，厚度即結(jié)晶為板狀，厚度即C-軸方向長(zhǎng)度約為軸方向長(zhǎng)度約

27、為100左右到數(shù)左右到數(shù) 百百，非常薄。，非常薄。 球晶結(jié)構(gòu)球晶結(jié)構(gòu) 結(jié)晶的基本單位為單晶，但在實(shí)際中，對(duì)結(jié)晶的基本單位為單晶，但在實(shí)際中，對(duì)PE薄膜用偏薄膜用偏 光顯微鏡很容易觀察到的是球晶。光顯微鏡很容易觀察到的是球晶。 球晶是板狀單晶的高次集合體，單晶和球晶結(jié)構(gòu)的關(guān)球晶是板狀單晶的高次集合體，單晶和球晶結(jié)構(gòu)的關(guān) 系及與高分子整體結(jié)構(gòu)的關(guān)系是研究高分子物理性能的重系及與高分子整體結(jié)構(gòu)的關(guān)系是研究高分子物理性能的重 要基礎(chǔ)問題。要基礎(chǔ)問題。 球晶的大小和結(jié)晶溫度有關(guān)，結(jié)晶溫度越高球晶越大，球晶的大小和結(jié)晶溫度有關(guān)，結(jié)晶溫度越高球晶越大， 急冷變??；急冷變?。?另外，雜質(zhì)及加入成核劑球晶變小，

28、是由于形成的球另外，雜質(zhì)及加入成核劑球晶變小，是由于形成的球 晶數(shù)變多的緣故。晶數(shù)變多的緣故。 結(jié)晶性的評(píng)價(jià)結(jié)晶性的評(píng)價(jià) 聚合物表面結(jié)晶情況如何將大大影響聚合物的表面性質(zhì)。聚合物表面結(jié)晶情況如何將大大影響聚合物的表面性質(zhì)。 是什么樣的結(jié)晶？結(jié)晶度如何？對(duì)結(jié)晶度定量化目前很難，是什么樣的結(jié)晶？結(jié)晶度如何？對(duì)結(jié)晶度定量化目前很難， 只能采取定性的方法。只能采取定性的方法。 1)由表面張力進(jìn)行推測(cè)由表面張力進(jìn)行推測(cè) 通常，在結(jié)晶性高的表面上單位面積上的原子或分子的密 度大。 分子密度大的表面分子間力大于內(nèi)部分子間力之和，表面 的分子間力通常用表面張力來表示。 對(duì)于非極性的聚合物來說，液體狀態(tài)下的表面

29、張力l與密度之間有 如下關(guān)系：P和M分別是聚合物的摩爾等張?bào)w積和分子量。 l = P M 4 固體的表面層也符合該式，將固體的表面層也符合該式，將l用用c（臨界表面張力）代（臨界表面張力）代 替，替，s（固體聚合物的密度）代替（固體聚合物的密度）代替就成為下式：就成為下式： c可由接觸角的方法測(cè)定，因此可得到可由接觸角的方法測(cè)定，因此可得到s。 可以說可以說s能代表結(jié)晶度的比例，能代表結(jié)晶度的比例，P和和M是固定的，因此我們不是固定的，因此我們不 必得出必得出s，只需由兩個(gè)，只需由兩個(gè)c值就可以考察出表面結(jié)晶情況。值就可以考察出表面結(jié)晶情況。 以聚烯烴中的以聚烯烴中的PE為例，非晶狀態(tài)和結(jié)晶狀

30、態(tài)的密度分別用為例，非晶狀態(tài)和結(jié)晶狀態(tài)的密度分別用s1 和和s2來表示，非晶狀態(tài)和結(jié)晶狀態(tài)的表面的臨界表面張力分來表示，非晶狀態(tài)和結(jié)晶狀態(tài)的表面的臨界表面張力分 別用別用c1和和c2來表示。來表示。 把把PE的單晶聚集體得到的的單晶聚集體得到的c2=54dyne/cm，s2=1.00和普通和普通 PE的的c1=31dyne/cm，s1=0.855代入這個(gè)式中非常相符。代入這個(gè)式中非常相符。 = P M 4 c s c 1 c 2 = s 1 s 2 4 由以上的方法可以推測(cè)表面結(jié)晶性，但對(duì)于具有極性的聚合 物不是很符合。 結(jié)晶聚合物的熔解熱H、熔解溫度Tm等依賴于結(jié)晶狀態(tài)。 如果求出表面層的這

31、些值就可以搞清楚表面結(jié)晶化狀態(tài)。 2）熱分析）熱分析 PE有如下公式：有如下公式： H=（33.236V2-77841V+45.579）(79.2) 通過X射線衍射得到的結(jié)晶常數(shù)可計(jì)算出PE的比容積V為 0.9977cm3/g，這樣可得到PE的H為79.1cal/g；而非晶態(tài)的 PE的比容積V為1.711cm3/g ，代入式中得到熔解熱H為0。 另外還有許多測(cè)定方法。在此不一一介紹。另外還有許多測(cè)定方法。在此不一一介紹。 （二）表面粗糙度（二）表面粗糙度 （1 ）表面粗糙度的重要性）表面粗糙度的重要性 聚合物表面的潤(rùn)濕性能，除了和其化學(xué)組成、結(jié)晶性等本聚合物表面的潤(rùn)濕性能，除了和其化學(xué)組成、結(jié)

32、晶性等本 質(zhì)因素有關(guān)系外還和表面粗糙度有關(guān)。質(zhì)因素有關(guān)系外還和表面粗糙度有關(guān)。 有的固體在結(jié)晶時(shí)還要發(fā)生有的固體在結(jié)晶時(shí)還要發(fā)生位錯(cuò)、裂紋與缺陷位錯(cuò)、裂紋與缺陷；有的固體在；有的固體在 熔融冷卻時(shí)表面發(fā)生凝固或收縮而呈現(xiàn)熔融冷卻時(shí)表面發(fā)生凝固或收縮而呈現(xiàn)不均勻形態(tài)不均勻形態(tài)；有的固體；有的固體 表面與空氣發(fā)生表面與空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或吸附污染物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)或吸附污染物質(zhì)；更主要的是在固體；更主要的是在固體 生產(chǎn)和加工中形成的生產(chǎn)和加工中形成的粗糙痕跡粗糙痕跡。 因此，固體表面都普遍存在一定的粗糙度，幾乎不存在分子因此，固體表面都普遍存在一定的粗糙度，幾乎不存在分子 級(jí)別的絕對(duì)光滑表面。級(jí)別的絕對(duì)光

33、滑表面。 固體的形貌是固體表面的特征之一。固體的形貌是固體表面的特征之一。 由于液體具有表面張力，而且?guī)в幸欢ǖ恼扯?，所以大由于液體具有表面張力，而且?guī)в幸欢ǖ恼扯?，所以?面積的液體在靜止的狀態(tài)下是水平如鏡的。面積的液體在靜止的狀態(tài)下是水平如鏡的。 但所有的固體表面都是粗糙的而不光滑的。但所有的固體表面都是粗糙的而不光滑的。 圖中圖中AA線為實(shí)際的不規(guī)則粗糙度表面輪廓曲線；線為實(shí)際的不規(guī)則粗糙度表面輪廓曲線；BB為中線。為中線。 BB以上和以上和AA形成的切面積與形成的切面積與BB以下和以下和AA形成的切面積相形成的切面積相 等。等。BB 線為固體為絕對(duì)光滑時(shí)相同體積的假想固體表面。線為固體

34、為絕對(duì)光滑時(shí)相同體積的假想固體表面。 AA線上往上突出的部分為線上往上突出的部分為“峰峰”，往下凹的部分為，往下凹的部分為 “谷谷”。最高峰與最低谷的垂直距離。最高峰與最低谷的垂直距離Rmax為最大高為最大高 度。度。 表面粗糙度：表面粗糙度：固體表面的微觀不平度的定量尺度。固體表面的微觀不平度的定量尺度。 R= 真實(shí)表面積 幾何表面積 表面粗糙度表面粗糙度 Ra= 1 n n i=1 hi 表面的平均高度為表面的平均高度為 hi為峰谷的垂直距離。為峰谷的垂直距離。 為了提高聚合物的粘接性、印刷適性以及金屬鍍層時(shí)的為了提高聚合物的粘接性、印刷適性以及金屬鍍層時(shí)的 復(fù)合性能等，處理面對(duì)于粘合劑、

35、印刷油墨、鍍液等必須達(dá)復(fù)合性能等，處理面對(duì)于粘合劑、印刷油墨、鍍液等必須達(dá) 到潤(rùn)濕性非常好。而聚合物本身通常是低能表面的，與它們到潤(rùn)濕性非常好。而聚合物本身通常是低能表面的，與它們 不能相容，必須經(jīng)過表面處理才能達(dá)到目標(biāo)。為了達(dá)到潤(rùn)濕，不能相容，必須經(jīng)過表面處理才能達(dá)到目標(biāo)。為了達(dá)到潤(rùn)濕， 我們首先對(duì)聚合物的潤(rùn)濕有一了解。我們首先對(duì)聚合物的潤(rùn)濕有一了解。 表面粗糙度的測(cè)定方法：表面粗糙度的測(cè)定方法： 測(cè)定表面粗糙度的方法很多，主要是觸摸法和光學(xué)法。測(cè)定表面粗糙度的方法很多，主要是觸摸法和光學(xué)法。 都是利用現(xiàn)代儀器進(jìn)行測(cè)定的。都是利用現(xiàn)代儀器進(jìn)行測(cè)定的。 三、界面化學(xué)性質(zhì)三、界面化學(xué)性質(zhì) （1）

36、潤(rùn)濕現(xiàn)象）潤(rùn)濕現(xiàn)象 潤(rùn)濕現(xiàn)象在我們的日常生活中隨處可見。潤(rùn)濕現(xiàn)象在我們的日常生活中隨處可見。 在一個(gè)潔凈的玻璃表面上滴一滴水或乙醇會(huì)立即擴(kuò)散；在一個(gè)潔凈的玻璃表面上滴一滴水或乙醇會(huì)立即擴(kuò)散； 滴一滴水銀就會(huì)始終以珠狀（球形）而不象前面那樣擴(kuò)散。滴一滴水銀就會(huì)始終以珠狀（球形）而不象前面那樣擴(kuò)散。 夏天的早晨時(shí)樹葉上有小小的水珠，葉子傾斜時(shí)水珠滾落。夏天的早晨時(shí)樹葉上有小小的水珠，葉子傾斜時(shí)水珠滾落。 在聚乙烯塑料表面放置水滴，水滴也是成球狀存在。在聚乙烯塑料表面放置水滴，水滴也是成球狀存在。 玻璃表面上放置水滴等，稱為水容易與玻璃表面潤(rùn)濕；玻璃表面上放置水滴等，稱為水容易與玻璃表面潤(rùn)濕； 相反

37、，放置水銀時(shí)，稱為水銀與玻璃表面不潤(rùn)濕。相反，放置水銀時(shí)，稱為水銀與玻璃表面不潤(rùn)濕。 我們所研究的聚合物表面，通常屬于我們所研究的聚合物表面，通常屬于水難以潤(rùn)濕的表面水難以潤(rùn)濕的表面。 自自 然然 界界 的的 霧霧 農(nóng)膜等表面產(chǎn)生霧滴的原因農(nóng)膜等表面產(chǎn)生霧滴的原因 薄膜覆蓋的鹽田薄膜覆蓋的鹽田 潤(rùn)濕現(xiàn)象是固體和液體間形成的界面現(xiàn)象的一個(gè)例子。潤(rùn)濕現(xiàn)象是固體和液體間形成的界面現(xiàn)象的一個(gè)例子。 發(fā)生潤(rùn)濕，固體表面消失產(chǎn)生新的固體與液體的界面，發(fā)生潤(rùn)濕，固體表面消失產(chǎn)生新的固體與液體的界面， 這個(gè)變化稱為潤(rùn)濕現(xiàn)象。這個(gè)變化稱為潤(rùn)濕現(xiàn)象。 因此，容易潤(rùn)濕和難以潤(rùn)濕，可以說是上述變化過程的能因此，容易潤(rùn)

38、濕和難以潤(rùn)濕，可以說是上述變化過程的能 量表現(xiàn)。量表現(xiàn)。 在潤(rùn)濕的過程中的能量變化和其他情況一樣，有關(guān)于自在潤(rùn)濕的過程中的能量變化和其他情況一樣，有關(guān)于自 由能的變化和關(guān)于總能量的變化兩個(gè)方面，因此有兩種研究由能的變化和關(guān)于總能量的變化兩個(gè)方面，因此有兩種研究 能量變化方法。能量變化方法。 潤(rùn)濕過程中的自由能變化：潤(rùn)濕過程中的自由能變化： 固體與液體的表面張力分別是固體與液體的表面張力分別是s和和l，固體與液體的界面張力，固體與液體的界面張力 為為i。固體表面消失是與生成固體和液體的界面相反的變化固體表面消失是與生成固體和液體的界面相反的變化， 因此將固體與液體脫離，露出固體表面時(shí)所作的功因此

39、將固體與液體脫離，露出固體表面時(shí)所作的功Wi，從自，從自 由能方面考慮如下式所示。由能方面考慮如下式所示。 Wisi 重新現(xiàn)出固體表面時(shí)就產(chǎn)生固體表面張力重新現(xiàn)出固體表面時(shí)就產(chǎn)生固體表面張力s；相反固體與液體界；相反固體與液體界 面消失時(shí)，此時(shí)所存在的界面張力消失。因此上式中，把潤(rùn)濕表面消失時(shí)，此時(shí)所存在的界面張力消失。因此上式中，把潤(rùn)濕表 現(xiàn)為自由能。該值可以由實(shí)驗(yàn)求得?，F(xiàn)為自由能。該值可以由實(shí)驗(yàn)求得。s、i目前還沒有測(cè)定方法。目前還沒有測(cè)定方法。 但幸好在固體表面上放置液滴達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，但幸好在固體表面上放置液滴達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，s、i、l及液及液 體對(duì)固體的接觸角體對(duì)固體的接觸角之間有一

40、個(gè)大家熟知的關(guān)系式，利用它，上之間有一個(gè)大家熟知的關(guān)系式，利用它，上 式變?yōu)椋菏阶優(yōu)椋?Wisilcos l、很容易測(cè)定，因此可以定量地評(píng)價(jià)潤(rùn)濕現(xiàn)象。很容易測(cè)定，因此可以定量地評(píng)價(jià)潤(rùn)濕現(xiàn)象。 l cos稱為附著張力（稱為附著張力（adhesion tension），是衡量潤(rùn)濕自），是衡量潤(rùn)濕自 由能的尺度。由能的尺度。 潤(rùn)濕潤(rùn)濕自由能的尺度：自由能的尺度： l cos或或 大多情況下只根據(jù)接觸角大多情況下只根據(jù)接觸角就可以判斷潤(rùn)濕難易程度。就可以判斷潤(rùn)濕難易程度。 對(duì)于同一液體來說，看固體間的潤(rùn)濕差別，可以只用對(duì)于同一液體來說，看固體間的潤(rùn)濕差別，可以只用； 盡管這不是一個(gè)非常準(zhǔn)確的方法。但由

41、于液滴在固體表面上盡管這不是一個(gè)非常準(zhǔn)確的方法。但由于液滴在固體表面上 以何種程度的球狀存在，可以直觀地大體判斷潤(rùn)濕難易程度，因以何種程度的球狀存在，可以直觀地大體判斷潤(rùn)濕難易程度，因 此被廣泛使用。此被廣泛使用。 （2）潤(rùn)濕的測(cè)定）潤(rùn)濕的測(cè)定 作為測(cè)定樣品的高分子材料是棒狀或板狀時(shí)，試樣可以用作為測(cè)定樣品的高分子材料是棒狀或板狀時(shí)，試樣可以用 溶劑溶解后涂在基板上形成膜時(shí)，按下列方法進(jìn)行測(cè)定。溶劑溶解后涂在基板上形成膜時(shí)，按下列方法進(jìn)行測(cè)定。 液滴（氣泡）形狀法：放置在固體表面上的液滴的形狀忽視液滴（氣泡）形狀法：放置在固體表面上的液滴的形狀忽視 重力作用可以看作為一個(gè)球面的一部分。重力作用

42、可以看作為一個(gè)球面的一部分。 SL SG LG S L G 另外有很多方法，如毛細(xì)管上升法、液體擴(kuò)張法、另外有很多方法，如毛細(xì)管上升法、液體擴(kuò)張法、 液滴滴落法等。液滴滴落法等。 楊氏方程楊氏方程- SG-SL=LGcos 液滴的高度設(shè)為液滴的高度設(shè)為h，底園的半徑為，底園的半徑為x，接觸角為，接觸角為，則可從，則可從 2tan-1(h/x)的關(guān)系式計(jì)算得到?？梢灾苯訙y(cè)定的關(guān)系式計(jì)算得到?？梢灾苯訙y(cè)定h和和x，但大多將，但大多將 液滴的影像用投影儀投影或照相并畫圖求得。從它的像中可以液滴的影像用投影儀投影或照相并畫圖求得。從它的像中可以 得到得到h和和x。但測(cè)得。但測(cè)得h有時(shí)比較困難，有時(shí)測(cè)定

43、液滴的容積。有時(shí)比較困難，有時(shí)測(cè)定液滴的容積。 7.4 表面分析技術(shù)表面分析技術(shù) 表面分析技術(shù)是研究表界面，獲得表界面信息的重要表面分析技術(shù)是研究表界面，獲得表界面信息的重要 手段。要想了解高分子界面科學(xué)，對(duì)聚合物表面處理效果手段。要想了解高分子界面科學(xué)，對(duì)聚合物表面處理效果 有一正確評(píng)價(jià)進(jìn)而進(jìn)一步指導(dǎo)聚合物表面處理技術(shù)，就必有一正確評(píng)價(jià)進(jìn)而進(jìn)一步指導(dǎo)聚合物表面處理技術(shù)，就必 須掌握好表面分析技術(shù)。須掌握好表面分析技術(shù)。 （1）概述）概述 表面分析技術(shù)分為經(jīng)典分析技術(shù)和現(xiàn)代分析技術(shù)兩大類。表面分析技術(shù)分為經(jīng)典分析技術(shù)和現(xiàn)代分析技術(shù)兩大類。 有關(guān)表面張力、表面能、接觸角、表面壓、表面粗糙度有關(guān)表

44、面張力、表面能、接觸角、表面壓、表面粗糙度 以及界面粘接強(qiáng)度等的測(cè)定，屬于以及界面粘接強(qiáng)度等的測(cè)定，屬于經(jīng)典分析技術(shù)經(jīng)典分析技術(shù)，是研究高，是研究高 分子界面的基本方法。分子界面的基本方法。 現(xiàn)代表面分析技術(shù)現(xiàn)代表面分析技術(shù)則是在物理學(xué)、超高真空、精密機(jī)械則是在物理學(xué)、超高真空、精密機(jī)械 與儀器、電磁、電子和計(jì)算機(jī)等綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來與儀器、電磁、電子和計(jì)算機(jī)等綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來 的。由于這是以現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)建立起來的，所以的。由于這是以現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)建立起來的，所以 從一開始就以比較高的水平展現(xiàn)于儀器分析領(lǐng)域。從一開始就以比較高的水平展現(xiàn)于儀器分析領(lǐng)域。 表面組成

45、主要是測(cè)定表面的元素組成和化學(xué)組成，包括化表面組成主要是測(cè)定表面的元素組成和化學(xué)組成，包括化 學(xué)鍵的類型及各種基團(tuán)。學(xué)鍵的類型及各種基團(tuán)。 使用的分析方法有：俄歇電子能譜（使用的分析方法有：俄歇電子能譜（AES），），X射線光電射線光電 子能譜（子能譜（XPS），也可稱為化學(xué)分析用電子能譜（），也可稱為化學(xué)分析用電子能譜（ESCA），）， 二次離子質(zhì)譜（二次離子質(zhì)譜（SIMS），離子散射能譜（），離子散射能譜（ISS），軟），軟X射線顯射線顯 現(xiàn)電勢(shì)光譜（現(xiàn)電勢(shì)光譜（SXAPS）。）。 現(xiàn)代表面分析包括現(xiàn)代表面分析包括表面組成、表面結(jié)構(gòu)、表面能態(tài)和表表面組成、表面結(jié)構(gòu)、表面能態(tài)和表 面形貌面形

46、貌等四方面的內(nèi)容。等四方面的內(nèi)容。 表面能態(tài)主要是測(cè)定電子云分布和能級(jí)結(jié)構(gòu)。表面能態(tài)主要是測(cè)定電子云分布和能級(jí)結(jié)構(gòu)。 主要方法有主要方法有XPS，紫外光電子能譜（，紫外光電子能譜（UPS），電子能量損），電子能量損 失能譜（失能譜（ELS），離子中和能譜（），離子中和能譜（INS）。）。 表面結(jié)構(gòu)主要是測(cè)定表面原子空間排列。表面結(jié)構(gòu)主要是測(cè)定表面原子空間排列。 使用的方法有：低能電子衍射（使用的方法有：低能電子衍射（LEED）和場(chǎng)離子顯微鏡）和場(chǎng)離子顯微鏡 （FIM）。）。 表面形貌主要是考察表面的微觀形貌。表面形貌主要是考察表面的微觀形貌。 主要方法是透射電子顯微鏡（主要方法是透射電子顯微鏡

47、（TEM）和掃描電子顯微鏡）和掃描電子顯微鏡 （SEM）。）。 （2）紅外光譜法聚合物表面分析）紅外光譜法聚合物表面分析 常規(guī)的紅外分光光度計(jì)和常規(guī)的方法測(cè)得的是包含本體在內(nèi)的常規(guī)的紅外分光光度計(jì)和常規(guī)的方法測(cè)得的是包含本體在內(nèi)的 信息，不能用于聚合物的表面分析。信息，不能用于聚合物的表面分析。 對(duì)聚合物表面進(jìn)行分析的紅外光譜法有透射法對(duì)聚合物表面進(jìn)行分析的紅外光譜法有透射法 （Johnson法）和反射光譜法。法）和反射光譜法。 透射法是通過研磨除去被測(cè)表面層，然后利用通常的透射透射法是通過研磨除去被測(cè)表面層，然后利用通常的透射 法來測(cè)定表面層研磨物的紅外光譜的方法。法來測(cè)定表面層研磨物的紅外

48、光譜的方法。 Johnson認(rèn)為研磨法可以反映厚認(rèn)為研磨法可以反映厚25的表面層。的表面層。 但實(shí)際并非如此，某些表面有很深的凹痕，但某些表面并但實(shí)際并非如此，某些表面有很深的凹痕，但某些表面并 無研磨。無研磨。 后來的研究認(rèn)為測(cè)得的至少應(yīng)為幾百后來的研究認(rèn)為測(cè)得的至少應(yīng)為幾百1000表面層的信表面層的信 息。另外研磨裝置無產(chǎn)品出售，制造成本較高（約需息。另外研磨裝置無產(chǎn)品出售，制造成本較高（約需1000英英 鎊），測(cè)一個(gè)樣需鎊），測(cè)一個(gè)樣需12天，現(xiàn)在很少使用。天，現(xiàn)在很少使用。 反射光譜測(cè)定法是測(cè)定樣品的反射光譜的，反射光譜更反射光譜測(cè)定法是測(cè)定樣品的反射光譜的，反射光譜更 能代表試樣表面

49、（與本體相比）的性質(zhì)。能代表試樣表面（與本體相比）的性質(zhì)。 但采用簡(jiǎn)單的反射光譜法進(jìn)行測(cè)定時(shí)，往往也不能得到但采用簡(jiǎn)單的反射光譜法進(jìn)行測(cè)定時(shí)，往往也不能得到 明顯的效果。明顯的效果。 原因是：原因是： 測(cè)定的是空氣測(cè)定的是空氣試樣界面反射的光，獲得的光譜信息試樣界面反射的光，獲得的光譜信息 十分弱；十分弱； 光譜具有吸收光譜一階導(dǎo)數(shù)的形狀，難以解圖。光譜具有吸收光譜一階導(dǎo)數(shù)的形狀，難以解圖。 為了克服上述方法，測(cè)定試樣和（具有高折射系數(shù)）為了克服上述方法，測(cè)定試樣和（具有高折射系數(shù)） 光學(xué)元件的界面的反射光，其反射光譜得到增強(qiáng)，而且與光學(xué)元件的界面的反射光，其反射光譜得到增強(qiáng)，而且與 吸收光譜

50、也十分相似。吸收光譜也十分相似。 1961年年Fahrenfort提出的衰減全反射（提出的衰減全反射（ATR）技術(shù)較）技術(shù)較 好地解決了這個(gè)問題，近年來在聚合物表面分析方面得以好地解決了這個(gè)問題，近年來在聚合物表面分析方面得以 廣泛應(yīng)用。廣泛應(yīng)用。 它與透射光譜有下列不同點(diǎn)它與透射光譜有下列不同點(diǎn)： (1)樣品制備不同；樣品制備不同； （2）分光光度計(jì)測(cè)繪的不是透射光而是反射光；（）分光光度計(jì)測(cè)繪的不是透射光而是反射光；（3）紅）紅 外光輻射不是垂直地照射在樣品上，而是以一定的角度照外光輻射不是垂直地照射在樣品上，而是以一定的角度照 射在樣品上。射在樣品上。 衰減全反射的基本原理衰減全反射的基本原理 當(dāng)當(dāng)束單色光照射在高折射率晶體和空氣間的內(nèi)表面，而