第五章表面與界面

第5章表面與界面

Chapter5Surfase&Interface安徽建筑工業(yè)學(xué)院無(wú)機(jī)非金屬材料教研室無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）1綜述無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）固體表面力場(chǎng)與表面能。離子晶體在表面力場(chǎng)作用下，離子的極化與重排過(guò)程。多相體系中的界面化學(xué)：如彎曲效應(yīng)、潤(rùn)濕與粘附，表面改性。多晶材料中的晶界分類(lèi)，多晶體的組織，晶界應(yīng)力與電荷。粘土膠粒帶電與水化等一系列由表面效應(yīng)而引起的膠體化學(xué)性質(zhì)如泥漿的流動(dòng)性和觸變性、泥團(tuán)的可塑性等。2§5.1固體表面§5.1SurfaceofSolid無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）3主要內(nèi)容：

表面－－把一個(gè)相和它本身蒸汽或真空接觸的分界面。固體表面的特征、結(jié)構(gòu)和固體的表面能

定義：

界面－－把一相與另一相(結(jié)構(gòu)不同)接觸的分界面。4§4-1.1固體表面特征（1）、同一種固體物質(zhì)，制備或加工條件不同也會(huì)有不同的表面性質(zhì)；無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）（2）、實(shí)際晶體的表面由于晶格缺陷、空位或位錯(cuò)而造成表面的不均一性；1、固體表面的不均一性51、固體表面的不均一性無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）（3）、只要固體暴露在空氣中，其表面總是被外來(lái)物質(zhì)所污染，被吸附的外來(lái)原子可占據(jù)不同的表面位置，形成有序或無(wú)序排列，也引起了固體表面的不均一性?？傊?，實(shí)際固體表面的不均一性，使固體表面的性質(zhì)懸殊較大，從而增加了固體表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究的難度。62、固體表面力場(chǎng)定義：晶體中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)周?chē)即嬖谥粋€(gè)力場(chǎng)，在晶體內(nèi)部，質(zhì)點(diǎn)力場(chǎng)是對(duì)稱(chēng)的。但在固體表面，質(zhì)點(diǎn)排列的周期重復(fù)性中斷，使處于表面邊界上的質(zhì)點(diǎn)力場(chǎng)對(duì)稱(chēng)性破壞，表現(xiàn)出剩余的鍵力，稱(chēng)之為固體表面力。表面力的分類(lèi)：(1)范得華力(分子引力)(2)長(zhǎng)程力7(1)范得華力(分子引力)是固體表面產(chǎn)生物理吸附或氣體凝聚的原因。與液體內(nèi)壓、表面張力、蒸汽壓、蒸發(fā)熱等性質(zhì)有關(guān)。表達(dá)式：F范＝FK＋FD＋FL

1/r7

說(shuō)明：分子間引力的作用范圍極小，一般為0.3～0.5nm。當(dāng)兩個(gè)分子過(guò)分靠近而引起電子層間斥力約等于B/r3,故范得華力只表現(xiàn)出引力作用。定向作用力

范氏力主要來(lái)源于三種不同的力：誘導(dǎo)作用力色散力8(2)長(zhǎng)程力

長(zhǎng)程力：固體物體之間相互作用力。它是兩相之間的分子引力通過(guò)某種方式加合和傳遞而產(chǎn)生的，其本質(zhì)仍屬范德華力。依靠粒子之間的電場(chǎng)傳播的

長(zhǎng)程力分兩類(lèi)：通過(guò)一個(gè)分子到另一個(gè)分子逐個(gè)傳播而達(dá)到長(zhǎng)距離的。9§4-1.2固體表面結(jié)構(gòu)離子晶體表面超細(xì)結(jié)構(gòu)(微觀質(zhì)點(diǎn)排列)顯微結(jié)構(gòu)(表面幾何狀態(tài))表面力的作用：

液體:總是力圖形成球形表面來(lái)降低系統(tǒng)的表面能。固體:使固體表面處于較高的能量狀態(tài)(因?yàn)楣腆w不能流動(dòng)),只能借助于離子極化、變形、重排并引起晶格畸來(lái)降低表面能，其結(jié)果使固體表面層與內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在差異。1、離子晶體的表面10NaCl晶體圖4－1離子晶體表面的電子云變形和離子重排1.離子晶體表面(1)離子晶體MX在表面力作用下，處于表面層的負(fù)離子X(jué)在外側(cè)不飽和，離子的極化與重排過(guò)程見(jiàn)圖4-1。11(2)處于在表面層的負(fù)離子（X-）在外側(cè)不飽和，負(fù)離子極化率大，通過(guò)電子云拉向內(nèi)側(cè)正離子一方的極化變形來(lái)降低表面能，這一過(guò)程稱(chēng)為松弛，是瞬間完成的，接著發(fā)生離子重排見(jiàn)圖4-1B。1.離子晶體表面12(3)從晶格點(diǎn)陣穩(wěn)定性考慮，作用力較大、極化率小的正離子應(yīng)處于穩(wěn)定的晶格位置，而易極化Ｘ－受誘導(dǎo)極化偶極子排斥而推向外側(cè)，從而形成雙電層,使晶體表面能量趨于穩(wěn)定。見(jiàn)圖4-1Ｃ。1.離子晶體表面13（4）如4-2圖：在NaCl晶體表面，最外層和次層質(zhì)點(diǎn)面網(wǎng)之間Na+離子的距離為0.266nm，而CI-間的距離為0.286nm，因而形成厚度為0.020nm的表面雙電層。AI2O3、SiO2、ZrO2表面也有此現(xiàn)象。1.離子晶體表面14（6）離子極化性能愈大，雙電層愈厚，從而表面能愈低。

應(yīng)用：硅酸鹽材料生產(chǎn)中，通常把原料破碎研磨成微細(xì)粒子(粉體)以便于成型和高溫?zé)Y(jié)。（5）當(dāng)表面形成雙電層后，它將向內(nèi)層發(fā)生作用，并引起內(nèi)層離子的極化和重排，這種作用隨著向晶體的縱深推移而逐步衰減。表面效應(yīng)所能達(dá)到的深度，與陰、陽(yáng)離子的半徑差有關(guān)，差愈大深度愈深。1.離子晶體表面152、晶體表面的幾何結(jié)構(gòu)4-3圖是一個(gè)具有面心立方結(jié)構(gòu)的晶體表面構(gòu)造。分析面心立方結(jié)構(gòu)(100)、(110)、(111)三個(gè)低指數(shù)面上原子的分布。16表4-3是各個(gè)晶面上原子彈密度。2、晶體表面的幾何結(jié)構(gòu)17實(shí)驗(yàn)觀測(cè)表明：隨著晶體面的不同，表面上原子的密度也不同。固體的實(shí)際表面是不規(guī)則和粗糙的，存在著無(wú)數(shù)臺(tái)階、裂縫和凹凸不平的山峰谷，這些不同的幾何狀態(tài)必然會(huì)對(duì)表面性質(zhì)產(chǎn)生影響，其中最重要的是表面粗糙度和微裂紋。表面粗糙度會(huì)引起表面力場(chǎng)的變化，進(jìn)而影響其表面結(jié)構(gòu)性質(zhì)。表面微裂縫可以因晶體缺陷或外力產(chǎn)生，對(duì)脆性材料強(qiáng)度尤為重要。18

表面粗糙度：(1)使表面力場(chǎng)變得不均勻，其活性及其它表面性質(zhì)也隨之發(fā)生變化。(2)直接影響固體表面積，內(nèi)、外表面積比值以及相關(guān)的屬性。(3)與兩種材料間的封接和結(jié)合界面間的嚙合和結(jié)合強(qiáng)度有關(guān)。19因晶體缺陷或外力而產(chǎn)生。表面裂紋在材料中起著應(yīng)力倍增器的作用，使位于裂紋尖端的實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)大于所施加的應(yīng)力。格里菲斯關(guān)于微裂紋的公式：表面裂紋20

§4-1.3固體的表面能

固體的表面能與表面張力不相等，僅當(dāng)緩慢的擴(kuò)散過(guò)程引起表面或界面面積發(fā)生變化時(shí)相等。211、共價(jià)鍵晶體表面能表面能（us）即是破壞面積上的全部鍵所需能量的一半。ub為破壞化學(xué)鍵所需能量us為表面能222、離子晶體的表面能固體的表面能是用晶體中一個(gè)原子（離子）移到晶體表面時(shí)，自由能的變化來(lái)計(jì)算。r0

為0K時(shí)的表面能；LS

為1m2表面上的原子數(shù)；nis、nib分別表示第i個(gè)原子在晶體表面和晶體體內(nèi)最鄰近的原子數(shù);Uo

為晶格能；N為阿佛加德羅常數(shù)。23說(shuō)明：實(shí)際表面能比理想表面能的值低，原因可能為：(1)可能是表面層的結(jié)構(gòu)與晶體內(nèi)部相比發(fā)生了改變，表面被可極化的氧離子所屏蔽，減少了表面上的原子數(shù)。(2)可能是自由表面不是理想的平面，而是由許多原子尺度的階梯構(gòu)成，使真實(shí)面積比理論面積大。

總之

固體和液體的表面能與溫度、氣壓、第二相的性質(zhì)等條件有關(guān)。溫度上升，表面能下降。2425

無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）§4-2界面行為

§4-2Interfacial26一、彎曲表面效應(yīng)彎曲表面：產(chǎn)生附加壓力△P←表面張力→力的方向與表面相切

1、附加壓力27

△P有正負(fù)，凸面曲率半徑r＞0△P＞0凹面曲率半徑r＜0△P＜0△P總是指向曲面的曲率中心對(duì)于球面：△P=2γ/Rγ：表面張力28當(dāng)為兩塊相互平行的平板間的液體液面上附加作用力為：△P=γ/r1（r≈∞），當(dāng)r1很小時(shí)，這種壓力為毛細(xì)管力。當(dāng)r1=r2，△P=2γ/r1對(duì)于非球面：△P=γ（1/r1+1/r2）（拉普拉斯公式）r1、r2：為曲面之曲率半徑29附加壓力ΔΡ總是指向曲面的曲率中心，當(dāng)曲面為凸面時(shí)為正值，凹面時(shí)為負(fù)值。與曲率半徑成反比，而與表面張力成正比。由表4-5可知302、彎曲表面的蒸發(fā)壓液滴的蒸氣壓大于同溫度下平面液體的蒸氣壓，它們之間的關(guān)系可用開(kāi)爾文方程描述：LnP/P0=2M/ρRT·1/r或LnP/P0=M//ρRT·（1/r1+1/r2）

P：曲面蒸氣壓；P0：平面蒸氣壓；

r：球形液滴之半徑；ρ：液體密度；

M：分子量；R：氣體常數(shù)。所以，凸面蒸氣壓＞平面蒸氣壓＞凹面蒸氣壓。球形液滴表面蒸氣壓隨半徑減小而增大。31對(duì)于毛細(xì)管：LnP/P0=-2M/ρRTcosθ·1/r

r為毛細(xì)管半徑

毛細(xì)管凝聚：如在指定溫度下，環(huán)境蒸氣壓為p0時(shí)（p凹＜p0＜P平），則該蒸氣壓對(duì)平面液體未達(dá)飽和，但對(duì)管內(nèi)凸面液體已呈過(guò)飽和，此蒸氣在毛細(xì)管內(nèi)會(huì)凝聚成液體。這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為毛細(xì)管凝聚。323、固體的溶解度LnC/C0=2γLSM/dRTrC、C0：分別為半徑r的小晶體與大晶體的溶解度；d：固體密度。γLS：固液界面張力；微小晶粒溶解度大于普通顆粒的溶解度。33綜上所述，表面曲率對(duì)其蒸氣壓、溶解度和熔化溫度的物理性質(zhì)有著重要的影響。固體顆粒越小，表面曲率愈大，則蒸氣壓和溶解度增高而熔化溫度降低。34

潤(rùn)濕的熱力學(xué)定義：固體與液體接觸后，體系（固體+液體）的吉布斯自由能降低時(shí)，就稱(chēng)潤(rùn)濕。

二、潤(rùn)濕與粘附35（二）、潤(rùn)濕與粘附應(yīng)用：機(jī)械的潤(rùn)滑、金屬焊接、陶瓷和搪瓷的坯釉結(jié)合、陶瓷與金屬的封接等。分類(lèi)：按潤(rùn)濕程度附著潤(rùn)濕浸漬潤(rùn)濕鋪展?jié)櫇?6371、附著潤(rùn)濕固體液體附著潤(rùn)濕的吉布斯自由焓變化為：液－氣界面(L-g)

固－氣界面(S-g)

固－液界面(S-L)ΔG1＝γSL－(γLV＋γSV)38此種潤(rùn)濕的逆過(guò)程，外界對(duì)體系所做功為w：1、附著潤(rùn)濕附著功：W＝γLV＋γSV－γSLW愈大表示固液界面結(jié)合愈牢，即附著潤(rùn)濕愈強(qiáng)。39液體在固體表面上的鋪展由γLV、γSL、γSV所決定2、鋪展?jié)櫇?0從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，液滴落在清潔平滑的固體表面上，當(dāng)忽略液體的重力和粘度影響時(shí)，則液滴在固體表面上的鋪展時(shí)由固－氣、固－液和液－氣三個(gè)界面張力所決定的，其平衡關(guān)系由圖4-8和下式?jīng)Q定。2、鋪展?jié)櫇瘭圈?A)(C)(B)41

cosθ＝γSV－γSLγLVθ(A)θ(B)(C)F=γLVcosθ=γSV—γSL

θ：潤(rùn)濕角；F：潤(rùn)濕張力。潤(rùn)濕與液滴的形狀(A)潤(rùn)濕，θ<90o(B)不潤(rùn)濕，θ>90o(C)完全潤(rùn)濕，θ＝0o，液體鋪開(kāi)42

可見(jiàn)，潤(rùn)濕的先決條件是γSV＞γSL或γSL十分微小。當(dāng)固—液兩相的化學(xué)性能或化學(xué)結(jié)合方式很接近時(shí)，可以滿足這一要求。

43一種固體侵漬到液體中的自由能變?yōu)椋?、浸漬潤(rùn)濕

固液體固定義：固體侵入液體中的過(guò)程。S—V界面為S—L界面代替。

－ΔG＝γLVcosθ＝γSV－γSL

若γSV>γSL,則θ<90o,浸漬潤(rùn)濕過(guò)程將自發(fā)進(jìn)行，此時(shí)ΔG<0

若γSV<γSL

,則θ>90o,要將固體浸入液體之中必須做功，此時(shí)ΔG>044三種潤(rùn)濕的共同點(diǎn)：液體將氣體從固體表面擠開(kāi)，使原有的固—?dú)猓ɑ蛞骸獨(dú)猓┙缑嫦?，而代之以固—液界面。鋪展是?rùn)濕的最高標(biāo)準(zhǔn)，能鋪展則必能附著和侵漬?？傊?5從熱力學(xué)考慮，當(dāng)系統(tǒng)處于平衡時(shí)，界面位置的少許移動(dòng)所產(chǎn)生的界面能凈變化應(yīng)等于0，假設(shè)界面在固體表面上從圖4-9中A點(diǎn)推進(jìn)到B點(diǎn)。4、真實(shí)固體表面的潤(rùn)濕46固液界面積擴(kuò)大δs，固體表面減少δs，液氣表面積則增加δscosθ。平衡時(shí)：而實(shí)際表面具有一定的粗糙度如圖4-9BγSLδs+γLVδscosθ－γSVδs=0cosθ=γSV—γSL/γLV

47實(shí)際固體表面有一定的粗糙度，因此真正表面積較表現(xiàn)面積為大，設(shè)大n倍，如前頁(yè)圖B，界面位置由A'→B'，使固液界面的表現(xiàn)面積仍增大δs，此時(shí)真正表面積增大了nδs，固氣界面也減少了nδs，而液氣界面積則凈增大δscosθn，平衡時(shí)：γSL ·nδs+γLVδscosθn－γSVnδs=0cosθn=n（γSV—γSL）/γLV=ncosθn=cosθn/cosθ

n：表面粗糙度系數(shù)；θn：對(duì)粗糙表面的表現(xiàn)接觸角；48因?yàn)?，n值總是大于1的，所以的相對(duì)關(guān)系如圖4-10所示的余弦曲線變化即：θ＜900θ＜θnθ＝900θ＝θnθ＞900θ＞θn49

所以，當(dāng)真實(shí)接觸角θ＜900時(shí)粗糙度越大，粗糙表面的θn表現(xiàn)接觸角越小，易潤(rùn)濕。

當(dāng)真實(shí)接觸角θ＞900時(shí)粗糙度越大，粗糙表面的θn表現(xiàn)接觸角越大，不易潤(rùn)濕。50①降低γSLS、V兩相組成盡量接近；所以改善潤(rùn)濕的方法：②降低γLV在液相中加表面活性劑；③提高γSV當(dāng)除固體表面吸附膜；④改變粗糙度。51三、吸附與表面改性吸附：是一種物質(zhì)的原子或分子附著在另一物質(zhì)表面的現(xiàn)象。由于吸附膜的形成改變了表面原來(lái)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，從而達(dá)到表面改性的目的。

52表面改性：

利用固體表面吸附特性，通過(guò)各種表面處理改變固體表面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以適應(yīng)各種預(yù)期的要求。53

表面活性劑：能降低體系的表面（或界面）張力的物質(zhì)，由親水基和憎水基組成。54§4-3晶界

§4-3GrainBoundary55定義：凡結(jié)構(gòu)相同而取向不同的晶體相互接觸，其接觸界面稱(chēng)為界面

晶界結(jié)構(gòu)示意圖56晶界上的特性：

晶界結(jié)構(gòu)疏松，在多晶體中晶界是原子快速擴(kuò)散的通道，并容易引起雜質(zhì)原子偏聚。晶界上有許多空位、位錯(cuò)和鍵變形等缺陷使之處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，故能階較高，使晶界成為固態(tài)相變時(shí)優(yōu)先成核區(qū)域。57一、晶界結(jié)構(gòu)的分類(lèi)：(1).按兩個(gè)晶粒之間夾角的大小來(lái)分：小角度晶界:相鄰兩個(gè)晶粒的原子排列錯(cuò)合的角度很小,約2o~3o.兩個(gè)晶粒間晶界由完全配合部分與失配部分組成。大角度晶界：相鄰兩個(gè)晶粒的原子排列錯(cuò)合的角度很大。在多晶體中占多數(shù)，這時(shí)晶界上質(zhì)點(diǎn)的排列已接近無(wú)序狀態(tài)。58共格晶界：界面兩側(cè)的晶體具有非常相似的結(jié)構(gòu)和類(lèi)似的取向，越過(guò)界面原子面是連續(xù)的。(2).根據(jù)晶界兩邊原子排列的連貫性來(lái)分：59半共格晶界：晶界有位錯(cuò)存在，兩個(gè)晶粒的原子在界面上部分相接，部分無(wú)法相接。晶面間距比較小的一個(gè)相發(fā)生應(yīng)變，在界面位錯(cuò)線附近發(fā)生局部晶格畸變。非共格晶界:界面兩側(cè)結(jié)構(gòu)相差很大且與相鄰晶體間有畸變的原子排列。通過(guò)燒結(jié)得到的多晶體，絕大多數(shù)為非共格晶界。60晶界能：長(zhǎng)度61二、多晶體的組織在硅酸鹽材料中，多晶體的組織變化發(fā)生在晶粒接觸處即晶界上，晶界形狀由表面張力的相互關(guān)系決定。晶界構(gòu)形：晶界在多面體中的形狀、構(gòu)造和分布。622、多晶體的組織（分析二維的多晶截面）對(duì)于固－固－氣界面張力平衡關(guān)系：

對(duì)于固－固－液界面張力平衡關(guān)系：(B)固－固－液平衡的二面角γSLγSSγSL固態(tài)晶粒

固態(tài)晶粒

γSVγSS(A)熱腐蝕角(槽角)ψγSV63γSS/γSLcos（／２）

潤(rùn)濕性相分布<1<1/2>1200不孤立液滴1～1/2~/2120~600局部開(kāi)始滲透晶界>><600潤(rùn)濕在晶界滲開(kāi)>2100全潤(rùn)濕浸濕整個(gè)材料二面角與潤(rùn)濕關(guān)系：64ABCDE(拋光斷面)不同熱處理時(shí)的第二相分布：65熱處理時(shí)形成的多相材料舉例66三、晶界應(yīng)力多晶材料中，如果有兩種不同熱膨脹系數(shù)的晶相組成，在加熱與冷卻過(guò)程中，由于兩相膨脹系數(shù)的差別，在晶界上會(huì)有應(yīng)力τ存在。最終會(huì)在晶界上出現(xiàn)裂紋，甚至使多晶體破裂。67

層狀復(fù)合物中晶界應(yīng)力的形成68討論：結(jié)論：在多晶材料中，細(xì)而長(zhǎng)的針狀晶粒的強(qiáng)度與抗沖擊性能較好。(1)晶界應(yīng)力與熱膨脹系數(shù)差、溫度變化及復(fù)合層厚度成正比。(2)若熱膨脹系數(shù)是各向同性，晶界應(yīng)力不會(huì)產(chǎn)生。(3)若產(chǎn)生晶界應(yīng)力，則厚度愈厚，應(yīng)力愈大。69

無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（四）§4-4

粘土－水系統(tǒng)膠體化學(xué)

§4-4ColloidChemistryof

Clay-WaterSystem70一、粘土的荷電性主要由于粘土晶格內(nèi)離子的同晶置換所產(chǎn)生，還可以由吸附在粘土表面的腐殖質(zhì)離解而產(chǎn)生。1、負(fù)電荷712、兩性電荷如高嶺石：PH=7時(shí)，邊面不帶電荷；PH＞8時(shí)，邊面帶-2；PH＜6時(shí)，邊面帶+1。723、凈電荷粘土的負(fù)電荷一般遠(yuǎn)大于正電荷，因此粘土是帶有負(fù)電荷的。73二、粘土的離子吸附與交換1、粘土的陽(yáng)離子交換性質(zhì)粘土顆粒由于破鍵、晶格內(nèi)類(lèi)質(zhì)同晶替代和吸附在粘土表面腐殖質(zhì)離解等原因而帶負(fù)電，因此，它必然要吸附介質(zhì)中的陽(yáng)離子來(lái)中和其所帶的負(fù)電荷，被吸附的陽(yáng)離子又能被溶液中其它濃度大價(jià)數(shù)高的陽(yáng)離子所交換，這就是粘土的陽(yáng)離子交換性質(zhì)。Na-粘土+Ca2+Ca-粘土+Na+74粘土的離子交換反應(yīng)具有的特點(diǎn)：同號(hào)離子相互交換，離子以等當(dāng)量交換，交換和吸附是個(gè)可逆過(guò)程，離子交換并不影響粘土本身結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。752、粘土的陽(yáng)離子交換容量影響因素：

定義：用100g干粘土所吸附離子的毫克當(dāng)量數(shù)來(lái)表示。1）粘土種類(lèi)，蒙脫石>伊利石>高嶺石2、粘土細(xì)度高，離子交換容量大3、腐殖質(zhì)含量高，離子交換容量大763）粘土的陽(yáng)離子交換序排列：H+＞Al3+＞Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+＞Na+＞Li+與水化離子的強(qiáng)度有關(guān)。77三、粘土膠體的電動(dòng)性質(zhì)（electrokiniticpropertiesofclaycolloid）1、粘土與水作用粘土中的三種水：

牢固結(jié)合水、疏松結(jié)合水和自由水。粘土顆粒吸附著完全定向的水分子層和水化陽(yáng)離子，這部分與膠核形成一個(gè)整體，一起在介質(zhì)中移動(dòng)，其中的水稱(chēng)為牢固結(jié)合水。在牢固結(jié)合水周?chē)徊糠侄ㄏ虺潭容^差的水稱(chēng)為松結(jié)合水。在松結(jié)合水以外的水稱(chēng)為自由水。粘土膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖4-26所示。78粘土膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖4-26所示。79影響結(jié)合水量的因素1）粘土礦物種類(lèi)，蒙脫石>高嶺石

2）粘土分散度，細(xì)度越大，結(jié)合水量越高3）吸附離子種類(lèi)，不同價(jià)：M+>M2+>M3+,同價(jià):Li+>Na+>K+

802、粘土膠體的電動(dòng)電位帶電粘土膠體分散在水中時(shí)，在膠體顆粒和液相的界面上會(huì)有擴(kuò)散雙電層出現(xiàn)，在電場(chǎng)作用下粘土質(zhì)點(diǎn)與帶水化陽(yáng)離子的牢固吸附層向正極移動(dòng)，而另一部分帶水化陽(yáng)離子的擴(kuò)散卻向負(fù)極移動(dòng)，吸附層與擴(kuò)散層各帶相反電荷，相對(duì)移動(dòng)時(shí)兩者之間存在的電位差稱(chēng)為電動(dòng)電位或ξ電位。81粘土質(zhì)點(diǎn)表面與擴(kuò)散層之間的總電位差為熱力學(xué)電位差（用Ψ表示），ξ－電位則是吸附層與擴(kuò)散層之間的電位差。顯然Ψ＞ξ圖（4-28）。82由不同價(jià)陽(yáng)離子所飽和的粘土，其ξ電位次序?yàn)椋篗+－±＞M2+－±＞M3+－±。同價(jià)陽(yáng)離子所飽和的粘土其ξ電位次序隨離子半徑增大而降低。83四、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)1、流變學(xué)基礎(chǔ)流變學(xué)：研究物質(zhì)流動(dòng)和變形的一門(mén)科學(xué)塑性流體：應(yīng)力過(guò)一定值后，物料由紊流變?yōu)閷恿?，發(fā)生牛頓型流動(dòng)。如：泥漿。牛頓型流體或理想流體：dv/dx與成正比，比例系數(shù)為。如水、甘油、玻璃液。84粘土液漿的流動(dòng)常見(jiàn)的五種類(lèi)型：賓漢流動(dòng)、塑性流動(dòng)、粘性流動(dòng)、假塑性流動(dòng)、膨脹流型。852、液漿的流動(dòng)性和穩(wěn)定性泥漿中加入電解質(zhì)，適當(dāng)時(shí)可使泥漿粘度下降，粘土在水介質(zhì)中充分分散，這種現(xiàn)象為泥漿的膠流或泥漿稀釋?zhuān)^續(xù)加入電解質(zhì)，泥漿內(nèi)粘土粒子相互聚集粘度增加稱(chēng)為泥漿的絮凝或泥漿增稠。圖示4-30、4-31。8687從流變學(xué)觀點(diǎn)看要制備流動(dòng)性好的泥漿必須拆開(kāi)粘土泥漿內(nèi)原有的一切結(jié)構(gòu)。粘土片狀顆粒在介質(zhì)中，由于板面、邊面帶同號(hào)或異號(hào)電荷而必然產(chǎn)生圖4-33所示的幾種結(jié)合方式。88泥漿膠溶必須具備三個(gè)條件：

①介質(zhì)呈堿性；②必須有一價(jià)堿金屬陽(yáng)離子交換粘土原來(lái)吸附的高價(jià)離子；③陰離子的作用。89泥漿觸變是一種凝膠體與溶膠體之間的可逆轉(zhuǎn)化過(guò)程。是與泥漿膠體的結(jié)構(gòu)有關(guān)。圖4-34為觸變結(jié)構(gòu)示意圖。