《摩擦學原理》讀書匯報
《固—液介面》
專業：機械電子工程姓名：署恆濤學號：201410100230
第一部分固液介面簡述
介面現象，相介面上因為存在於本體相不同的作用力而產生的一些現象；被習慣的稱作「表面現象」；如：固體表面的水滴、海綿吸水等。一般來講介面可以分為五種：
固-固、固-液、固-氣、氣-液、液-液。關於固液介面的特性，它不僅與固體、氣體本來性質有關；而且還與固液兩相本質結構、組成甚至所處外界客觀環境有關。另外，在實際情況中，由於固液介面一般都會與大氣接觸，因此在研究固液介面的特性時，切記不要忽視氣相作用，比如氣壓等。
在研究固-液介面時，首先就要研究該介面的濕潤性。濕潤性是指液體在固體表面的鋪展或凝聚的能力。一般認為：
邊界潤滑膜的機理與潤滑劑的濕潤性有關。研究該特性需要考慮的內容包括：表面張力、接觸角以及表面張力引起的內部壓力。
固液介面的粘著現象與液體的表面張力密切相關。表面張力可以表述為液體表面在單位長度上的牽引力。
表面張力的方向和液面相切，並和兩部分的分界線垂直，如果液面是平面，表面張力就在這個平面上。如果液面是曲面，表面張力就在這個曲面的切面上。 表面張力是分子力的一種表現。
它發生在液體和氣體接觸時的邊界部分。是由於表面層的液體分子處於特殊情況決定的。液體內部的分子和分子間幾乎是緊挨著的，分子間經常保持平衡距離，稍遠一些就相吸，稍近一些就相斥，這就決定了液體分子不像氣體分子那樣可以無限擴散，而只能在平衡位置附近振動和旋轉。
在液體表面附近的分子由於只顯著受到液體內側分子的作用，受力不均，使速度較大的分子很容易衝出液面，成為蒸汽，結果在液體表面層（跟氣體接觸的液體薄層）的分子分布比內部分子分布來得稀疏。相對於液體內部分子的分布來說，它們處在特殊的情況中。表面層分子間的斥力隨它們彼此間的距離增大而減小，在這個特殊層中分子間的引力作用佔優勢。
因此，如果在液體表面上任意劃一條分界線把液面分成兩部分。這兩部分彼此的吸引力一定大小相等、方向相反。這種表面層中任何兩部分間的相互牽引力，促使了液體表面層具有收縮的趨勢，由於表面張力的作用，液體表面總是趨向於盡可能縮小，因此空氣中的小液滴往往呈圓球形狀。
表面張力f的大小跟分界線的長度成正比。
嚴格的來講，在固-液介面中，液體的表面張力為氣-液表面張力，如圖1所示。
圖1 表面張力與接觸角
-固氣表面張力； -固液表面張力
-氣液表面張力； -接觸角
-氣體、液體、固體
液體表面自動收縮的現象也可以從能量的角度來分析。一般情況下，濕潤性是通過測量液體在表面的接觸角來實現的。如圖1所示，接觸角定義為固、液、氣三相交界點上固-液介面與液-氣介面切線之間的夾角。
那麼我們可以得到接觸角與表面張力之間的關係為：。一般當時被稱為濕潤；當時被稱為不濕潤。表面接觸角大，則表示該表面是疏潤性的；反之表示該表面為親潤性，這時它的粘附能大於液體的內聚能。
而表面接觸角的大小是由固體和液體的表面張力或表面自由能所決定的。
接觸角可以用投影法得到，液體的表面張力可以用表面張力測試儀測出。另外，接觸角還與固體表面的粗糙度以及溫度等因素有關。
當兩個平行的固體平板之間存有一滴液體時，會在液滴的端部形成彎月面。若液滴內部的壓力小於環境壓力，則彎月內凹；反之，彎月面外凸；如圖2所示。
圖2 液體彎月面
彎月面內外的壓力差稱為毛細壓力或者拉普拉斯壓力，可以為正值（內部壓力大於外部壓力），也可以為負值。
根據拉普拉斯公式，毛細壓力引起的兩平行圓盤的作用力為：
式中，分別表示液體上下兩表面之間的接觸角；為圓盤的半徑。
由上式可以分析：彎月面力的大小與球面的半徑，液體的表面張力以及接觸角有關，而與液體的體積無關。在微尺寸的環境中，彎月面力應被作為重要的作用力不能被忽視。
第二部分固液介面吸附膜
吸附是指在相介面上某種物質的濃度不同於體相濃度的現象。由於固體表面具有一定的表面張力，且在加工成型過程中形成的許多晶格缺陷使得表面的院子處於不飽和或者不穩定狀態，液體的極性基團容易產生吸附，而使表面形成各種摸。表面吸附效應對於邊界潤滑和幹摩擦狀態都是十分重要的；有物理吸附膜和化學吸附膜之分。
當氣體或液體與固體表面接觸時，由於分子或原子相互吸引的作用力而產生的吸附為物理吸附；由於極性分子的有價電子與基體表面的電子發生交換而產生化學合力，使得極性分子定向排列，被稱作化學吸附。兩者示意圖如圖3、4所示。前者吸附膜較弱，對溫度很敏感，加熱可使分子解除吸附，且產生吸附於解除吸附是可逆的；後者較為穩定，且有不可逆性，要在高溫下才能解除吸附。
圖3 物理吸附圖4 化學吸附
除上述的吸附膜之外，在不同的相體介面層還會存在化學反應膜。化學反應膜又被稱為表面反應膜，通常指外部物質與接觸表面產生化學反應形成不同於表面基體成分的化學物質的介面。這種反應是不可逆的，一般在過載、高溫、高速的條件下形成，如圖5所示。
圖5 化學反應膜
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