表面物理化学
表面物理化学
1000+ 人选课
更新日期:2025/07/05
开课平台智慧树
开课高校同济大学
开课教师金明王中平谭庆刚徐玲琳
学科专业工学材料类
开课时间2025/01/21 - 2025/07/20
课程周期26 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介
表面物理化学是多种学科融合和不断渗透着的一门重要交叉学科,至今依旧在不断蓬勃发展,它是当前信息科学、新材料技术和生命科学发展的重要基础理论。表面物理化学就是研究物质在多相体系中表面(界面)的特征和在表面发生的物理和化学过程及其规律,它涉及化学、物理学、材料科学、信息及生物科学等多种学科,对这些学科的应用领域发挥了关键性的作用。了解和掌握有关物质表面科学的基本知识,对科学研究、工程技术及工业生产有着重要的理论和指导作用。
课程大纲

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章节简介教学计划
表面物理化学基础
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什么是表面(界面)?
金 明
表面张力和表面自由能
金 明
表面物理化学三大公式
表面张力三大公式之杨-拉普拉斯公式
金 明
表面张力三大公式之开尔文公式
金 明
表面张力三大公式之吉布斯公式
金 明
固固界面与粘附
固-固界面与粘附
金 明
固液界面的润湿现象
固-液界面的润湿现象-接触角
金 明
固液界面的电性质
固液界面电性质—双电层模型
王中平
固液界面电性质—动电现象
王中平
固气界面的吸附
固气吸附-靠活性碳吸附吸醛的理论基础
徐玲琳
固气吸附-比表面积
徐玲琳
固气吸附-毛细管凝结与吸附滞后
徐玲琳
固液界面的吸附
固液吸附-液体中的吸附原理
徐玲琳
固液吸附-溶液、电解质、大分子
徐玲琳
表面活性剂
表面活性剂-定义及分类
谭庆刚
表面活性剂—胶束
谭庆刚
表面活性剂-选择参数
谭庆刚
表面活性剂-性能
谭庆刚
微乳状液与不溶单分子层膜
微乳状液
谭庆刚
不溶单分子层膜
谭庆刚
表面分析相关设备及应用
表面分析的常用设备及表面物理化学的应用
金明
表面与界面
表面与界面(一)
金明
表面与界面(二)
金明
  • 第一章表面物理化学基础

    表面物理化学是一门来源于生活的传统科学,本章将通过数学量化表面现象的各种规律,从而更好地认识表面,了解表面张力和表面自由能的基本知识。

  • 1.1什么是表面(界面)?

    本节通过生活中的种种实例来描述表面现象,进一步解释表面与界面的区别;并对表面物理化学的发展历史进行简单介绍。

  • 1.2表面张力和表面自由能

    本节对吉布斯相界面模型以及古根海姆相界面模型进行简单介绍,进而阐述表面张力和表面能的定义及相互关系。

  • 第二章表面物理化学三大公式

    本章主要对表面物理化学三大公式:杨-拉普拉斯公式、开尔文公式、吉布斯公式进行详细的推导,并了解其应用价值。

  • 2.1表面张力三大公式之杨-拉普拉斯公式

    本节通过对杨-拉普拉斯公式的推导深化对该公式的认识,并由此解释各种毛细现象的成因。

  • 2.2表面张力三大公式之开尔文公式

    本节通过对开尔文公式的推导深化对该公式的认识,掌握该公式的计算方法,利用其解释生活中各种反常的现象,例如人工降雨、毛细凝结、过热液体等等。

  • 2.3表面张力三大公式之吉布斯公式

    本节在了解表面超量和表面亏量的定义基础上,进一步推导吉布斯公式,介绍吉布斯公式的推广及应用。

  • 第三章固固界面与粘附

    由于固体表面的自由能,固体与固体之间产生粘附与摩擦现象,通过对固体进行适当的处理,可以改变固-固界面的粘附与摩擦力,从而改变其应用性能。本章主要讲述固体的表面状态,固体的表面张力和自由能,固-固界面的粘附理论及其影响因素,固体表面的处理方法等知识。

  • 3.1固-固界面与粘附

    本节主要讲述固体的表面状态,固体的表面张力和自由能,固-固界面的粘附理论及其影响因素,固体表面的处理方法等知识。

  • 第四章固液界面的润湿现象

    固-液界面的处理较固-固界面和固-气界面都更复杂,与固态相比,液态的结构没有那么齐整,与气态相比,液态中分子间距又很小,分子间作用力不可不考虑。这就为我们认识固-液界面造成一定困难。因此现有的固-液界面的知识基本上以经验性为主。本章我们主要讨论液体在固体表面上的润湿作用。

  • 4.1固-液界面的润湿现象-接触角

    本节学习内容主要包括:湿润和接触角的定义及接触角的测试方法,杨氏(Young)公式的推导及应用,低能界面和高能界面相关知识。

  • 第五章固液界面的电性质

    本章主要介绍固-液界面电化学,由两部分组成,其一双电层产生的机理及模型,另一是动电现象及其应用实例。

  • 5.1固液界面电性质—双电层模型

    本节主要介绍固液电化学的基本概念、经典的双电层模型,并简要讲解双电层交盖引起的相斥位能。

  • 5.2固液界面电性质—动电现象

    本节主要介绍电泳、电渗、流动电势与沉降电势这四种动电现象的名称和意义、电泳的实验方法、相关计算和位能曲线、电泳的应用举例。

  • 第六章固气界面的吸附

    本章主要介绍气固吸附的基本概念、分类及吸附等温线的类型,比表面积的定义及测定原理、毛细管凝结与吸附滞后以及影响气固吸附的因素。

  • 6.1固气吸附-靠活性碳吸附吸醛的理论基础

    本节主要介绍吸附的基本概念、分类,在此基础上,介绍吸附量的测定方法,进一步结合常见的气固吸附,讲解吸附等温线的类型。

  • 6.2固气吸附-比表面积

    本节在介绍比表面积的基础上,详细解释了BET法测定比表面积等孔结构参数的原理及测试过程。

  • 6.3固气吸附-毛细管凝结与吸附滞后

    本节先介绍了气固吸附的特殊场景毛细管凝结与吸附滞后,在此基础上,探讨了影响气-固吸附的主要因素。

  • 第七章固液界面的吸附

    本章主要介绍固液吸附的基本概念、吸附量的表征、复合吸附等温线三种类型及适用场景,在此基础上介绍固体自稀溶液、电解质、大分子物质溶液中的吸附。

  • 7.1固液吸附-液体中的吸附原理

    本节主要介绍固液吸附的基本概念,强调负吸附的概念,在此基础上提出吸附量的概念,进而深入讲解复合吸附等温线三种类型及适用场景(U型、S型和直线型)。

  • 7.2固液吸附-溶液、电解质、大分子

    本节主要讲解固体自稀溶液、电解质溶液、大分子物质溶液这三类溶液中的吸附,找寻固液吸附的规律,对比固体在不同液相中吸附的异同。最后,我们探讨了影响固液吸附(尤其是大分子化合物吸附)的因素。

  • 第八章表面活性剂

    表面活性剂(surfactant),是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。其分子结构具有两亲性:一端为亲水基团,另一端为疏水基团,该结构使其在溶液中和界面上自行结合形成分子有序结合体,从而影响到诸如润湿、铺展、起泡、乳化、增溶、分散、洗涤等过程。近几十年来,表面活性剂在生命科学、能源科学、信息科学以及许多现代高新技术发展中发挥了重要的作用,已经成为物理、化学、生物三大基础学科和许多技术部门共同关心的领域。本章学习内容将会简要地介绍表面活性剂的相关知识及其在各个领域的应用及原理。

  • 8.1表面活性剂-定义及分类

    本节学习内容主要包括:表面活性的定义,及特殊的结构特征,表面活性剂的几种分类方法。

  • 8.2表面活性剂—胶束

    本节学习内容主要包括:胶束的定义、形成过程及原因,胶束的结构和聚集数以及胶束的形状。

  • 8.3表面活性剂-选择参数

    本节学习内容主要包括:表面活性剂的活性,表面活性剂的HLB、 PIT、CMC及其测定方法。

  • 8.4表面活性剂-性能

    本节内容主要介绍表面活性剂应用的基本性能:润湿作用、乳化与分散作用、起泡与消泡、增溶与洗涤作用,通过对表面活性剂各种性能的学习了解和掌握表面活性剂在各个领域的应用。

  • 第九章微乳状液与不溶单分子层膜

    在上章介绍表面活性剂的乳化作用时,提到乳状液是一种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的另一种液体中而形成的分散体系,是我们生活种常见的一种胶体。在本章学习内容我们将学习一种特殊的乳状液-微乳状液,这种分散体系具有很高的界面面积、稳定的热力学特性及对难溶液体的强溶解性,在不同领域具有的广泛的应用。 表面活性剂的疏水链段长度一般为8-18碳的烷基链,如果当两亲分子疏水基团变大到在水中完全不能溶解时,这时候将该类两亲分子分散到溶液里会形成不溶单分子层膜。 在本章学习中我们将分别介绍微乳状液 和不溶单分子层膜相关内容。

  • 9.1微乳状液

    本节主要讲述微乳状液的定义及形成、微乳状液的类型与结构、微乳状液的性质及其影响因素。

  • 9.2不溶单分子层膜

    本节学习内容主要包括:不溶单分子层膜的形成与制备方法、不溶单分子层膜的类型及LB膜的定义及类型。

  • 第十章表面分析相关设备及应用

    本章主要介绍常用的几种表面分析技术,进而了解材料表面改性的方法和制备应用。

  • 10.1表面分析的常用设备及表面物理化学的应用

    本节主要介绍常用的几种表面分析技术,进而了解材料表面改性的方法和制备应用。

  • 第十一章表面与界面

    本章在前十章学习的基础上,对表面和界面的相关知识进行进一步深入介绍,力争实现对前面所学知识融会贯通。

  • 11.1表面与界面(一)

    本节学习的主要内容包括:表面的重要性、从宏观和微观的角度深入认识什么是表面、表面结构、表面处理、表面与界面。

  • 11.2表面与界面(二)

    本节学习的主要内容包括:表面与界面、自然界中的表面、表面测试和表面修饰。

  • 开始学习
  • 第一章  作业测试
    第一章 表面物理化学基础

    1.1 什么是表面(界面)?

    1.2 表面张力和表面自由能

    视频数2
  • 第二章  作业测试
    第二章 表面物理化学三大公式

    2.1 表面张力三大公式之杨-拉普拉斯公式

    2.2 表面张力三大公式之开尔文公式

    2.3 表面张力三大公式之吉布斯公式

    视频数3
  • 第三章  作业测试
    第三章 固固界面与粘附

    3.1 固-固界面与粘附

    视频数1
  • 第四章  作业测试
    第四章 固液界面的润湿现象

    4.1 固-液界面的润湿现象-接触角

    视频数1
  • 第五章  作业测试
    第五章 固液界面的电性质

    5.1 固液界面电性质—双电层模型

    5.2 固液界面电性质—动电现象

    视频数2
  • 第六章  作业测试
    第六章 固气界面的吸附

    6.1 固气吸附-靠活性碳吸附吸醛的理论基础

    6.2 固气吸附-比表面积

    6.3 固气吸附-毛细管凝结与吸附滞后

    视频数3
  • 第七章  作业测试
    第七章 固液界面的吸附

    7.1 固液吸附-液体中的吸附原理

    7.2 固液吸附-溶液、电解质、大分子

    视频数2
  • 第八章  作业测试
    第八章 表面活性剂

    8.1 表面活性剂-定义及分类

    8.2 表面活性剂—胶束

    8.3 表面活性剂-选择参数

    8.4 表面活性剂-性能

    视频数4
  • 第九章  作业测试
    第九章 微乳状液与不溶单分子层膜

    9.1 微乳状液

    9.2 不溶单分子层膜

    视频数2
  • 第十章  作业测试
    第十章 表面分析相关设备及应用

    10.1 表面分析的常用设备及表面物理化学的应用

    视频数1
  • 第十一章  作业测试
    第十一章 表面与界面

    11.1 表面与界面(一)

    11.2 表面与界面(二)

    视频数2
  • 期末考试