表面效應(yīng)
Surface Effect
概念
球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比,其體積與直徑的立方成正比,故其比表面積(表面積/體積)與直徑成反比。隨著顆粒直徑的變小,比表面積將會顯著地增加,顆粒表面原子數(shù)相對增多,從而使這些表面原子具有很高的活性且極不穩(wěn)定,致使顆粒表現(xiàn)出不一樣的特性,這就是表面效應(yīng)。原理
球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比,其體積與直徑的立方成正比,故其比表面積(表面積/體積)與直徑成反比。隨著顆粒直徑變小,比表面積將會顯著增大,說明表面原子所占的百分?jǐn)?shù)將會顯著地增加。對直徑大于0.1微米的顆粒表面效應(yīng)可忽略不計,當(dāng)尺寸小于0.1微米時,其表面原子百分?jǐn)?shù)激劇增長,甚至1克超微顆粒表面積的總和可高達(dá)100米2,這時的表面效應(yīng)將不容忽略。
隨著納米材料粒徑的減小,表面原子數(shù)迅速增加。例如當(dāng)粒徑為10nm時,表面原子數(shù)為完整晶粒原子總數(shù)的20%;而粒徑為1nm時,其表面原子百分?jǐn)?shù)增大到99%;此時組成該納米晶粒的所有約30個原子幾乎全部分布在表面。由于表面原子周圍缺少相鄰的原子:有許多懸空鍵,具有不飽和性,易與其他原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來,故表現(xiàn)出很高的化學(xué)活性。隨著粒徑的減小,納米材料的表面積、表面能及表面結(jié)合能都迅速增大。
超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的,若用高倍率電子顯微鏡對金超微顆粒(直徑為 2*10-3微米)進(jìn)行電視攝像,實(shí)時觀察發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài),隨著時間的變化會自動形成各種形狀(如立方八面體,十面體,二十面體多李晶等),它既不同于一般固體,又不同于液體,是一種準(zhǔn)固體。在電子顯微鏡的電子束照射下,表面原子仿佛進(jìn)入了“沸騰”狀態(tài),尺寸大于10納米后才看不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性,這時微顆粒具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。保存
超微顆粒的表面具有很高的活性,在空氣中金屬顆粒會迅速氧化而燃燒。如要防止自燃,可采用表面包覆或有意識地控制氧化速率,使其緩慢氧化生成一層極薄而致密的氧化層,確保表面穩(wěn)定化。利用表面活性,金屬超微顆??赏蔀樾乱淮母咝Т呋瘎┖唾A氣材料以及低熔點(diǎn)材料。凝聚態(tài)的表面效應(yīng)
大量的原子世界的分子、原子、離子聚集成各種固體、液體、氣體物質(zhì),成為宏觀世界構(gòu)成的基礎(chǔ).當(dāng)某種物質(zhì)形成了一個相時,一般說來,這些物質(zhì)的各部分有均勻的物理化學(xué)性質(zhì).然而,這只是對物質(zhì)內(nèi)部來說是對的.在物質(zhì)表面的那些組元,所處的環(huán)境和所受的相互作用情況都和在物質(zhì)內(nèi)部的那些組元有所不同,這就造成表面部分和內(nèi)部部分的性質(zhì)有所不同.對于氣體來說,組元之間并不密集,表面效應(yīng)不大.對于液體和固體,就會表現(xiàn)出表面效應(yīng).表面效應(yīng)表現(xiàn)在處于物質(zhì)表面的一層組元上,對于一般的宏觀物體,表面一層的組元在組元總數(shù)中只占很小的比例,表面效應(yīng)常常是完全可以忽略的.但是對于體積很小的凝聚態(tài)微粒,表面效應(yīng)有時就相當(dāng)重要,可以用處于表面的組元數(shù)和組元總數(shù)之比作為描述表面效應(yīng)程度的系數(shù)。當(dāng)微粒很大時,系數(shù)接近于零;當(dāng)微粒不斷減小時,系數(shù)不斷加大;當(dāng)微粒小到納米范圍時,系數(shù)明顯增大。應(yīng)用:人工降雨
在一個由許多相組成的系統(tǒng)中,有時表面相的存在會變得十分重要,它會影響各個相之間的平衡條件.我們平時能夠遇到的與表面效應(yīng)有關(guān)的一個典型的例子就是水滴的形成。在飽和或過飽和蒸汽中的水滴,如果它的半徑足夠大,那么周圍的水蒸氣就會逐漸凝聚到這個水滴上,于是水滴也就逐漸地變大。若是水滴本來就很小,那么,由于表面效應(yīng)的影響,要想維持水滴的存在,外界就必須有很高的蒸汽壓,這樣,在一般的蒸汽壓條件下,水滴便不會增大,而會逐漸地蒸發(fā)掉.天空中飄著的云就是由許許多多這樣的微型水滴構(gòu)成的.在雨即將到來的前夕,外界的蒸汽壓力增高,這些微型水滴通過互相碰撞逐漸結(jié)合成越來越大的水滴,最后,當(dāng)空氣的浮力和運(yùn)動的阻力再也承受不了它們的重量時,它們就向地面掉下來,成為了雨滴。由此也可以看出,如果在過飽和蒸汽中摻入一些雜質(zhì)顆粒如塵埃等,將有助于水滴的形成。如果天上已經(jīng)有了很厚的云,這時用飛機(jī)在云層中散布一些雜質(zhì)微粒就會加快雨滴的形成,從而達(dá)到降雨的目的,這就是人工降雨.應(yīng)用:燒開水
同樣,在我們平時燒開水時用的自來水中含有許多氣體,它們以小氣泡的形式存在.當(dāng)水的溫度逐漸升高接近100攝氏度時,水蒸氣就會不斷地通過這些小氣泡的表面進(jìn)入到其內(nèi)部,使小氣泡逐漸加大,同時氣泡由于受到水的浮力而逐漸地上升,一直達(dá)到水面而破裂,并將其內(nèi)部的水蒸氣釋放到空氣中。當(dāng)這種氣泡大量地產(chǎn)生時,水就沸騰了。然而,如果小氣泡本來就非常非常小,由于表面相的存在,這個氣泡就很可能無法增大.當(dāng)這種情況發(fā)生時,水即使被加到很熱的程度也不會沸騰,這就是過熱液體。表面效應(yīng)型反潛護(hù)衛(wèi)艦
隨著核潛艇的出現(xiàn),水面反潛艦艇的航速成了實(shí)施反潛作戰(zhàn)的一大障礙。為此美國海軍在80年代初開始研制一種排水量在2000-3000噸的高速反潛護(hù)衛(wèi)艦,艦艇的編號定為3KSES。由于這種高速反潛護(hù)衛(wèi)艦按表面效應(yīng)理設(shè)計,所以被稱為“表面效應(yīng)型反潛護(hù)衛(wèi)艦”。這種護(hù)衛(wèi)艦實(shí)際上是一種側(cè)壁式氣墊船,靠氣墊使艦體浮出水面,用超空泡螺旋槳或噴水推進(jìn)裝置驅(qū)動艦體,航速可達(dá)到80-100節(jié)。為了保證艦艇在高速航行時有良好的穩(wěn)性,在艦上裝有兩個鋼性側(cè)壁伸入水中。表面效應(yīng)型反潛護(hù)衛(wèi)艦具有遠(yuǎn)海高速航行的能力,可擔(dān)負(fù)大范圍的反潛任務(wù)。一些專家預(yù)測,表面效應(yīng)反潛護(hù)衛(wèi)艦和小水線面雙體型護(hù)衛(wèi)艦將成為21世紀(jì)的新型護(hù)衛(wèi)艦。超級節(jié)能表面效應(yīng)飛行器
申請專利號:91112667.8
專利申請日:1991.12.24
名稱:超級節(jié)能表面效應(yīng)飛行器
公開(公告)號:1073643
公開(公告)日:1993.06.30
申請(專利權(quán)):楊亞黎
發(fā)明(設(shè)計)人:楊亞黎專利摘要
本發(fā)明是一種具有常規(guī)飛機(jī)速度和車船經(jīng)濟(jì)性能,超超低空飛行的新型飛行器。本發(fā)明應(yīng)用表面效應(yīng)原理并采用最能充分利用表面效應(yīng)的特殊鴨式氣動布局,能在表面效應(yīng)區(qū)用僅為同噸位同航速常規(guī)高空飛機(jī)所需的1/3以下的翼面積和發(fā)動機(jī)功率便可穩(wěn)定飛行,并能無需機(jī)場在普通地面、水面起降。是一種可在海洋、沙漠、原野、沼澤、冰川廣泛用于軍民運(yùn)輸?shù)男乱淮壒?jié)能飛行器。專利主權(quán)項
一種超超低空節(jié)能飛行的表面效應(yīng)飛行器,其特征在于:它的機(jī)翼總面積僅為同噸位同航速常規(guī)高空飛機(jī)翼面積的1/3以下且最佳值為1/3。
什么是紡織百科
紡織百科,是對紡織行業(yè)的產(chǎn)品、技術(shù)、相關(guān)規(guī)格等等名詞解釋大全。目前已收錄詞條2萬。
近期將逐步退出完善詞條,編輯詞條等功能。每個人都可以通過編寫紡織百科詞條。依靠眾人不斷地更新修改,開創(chuàng)了一種借助互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)建、積累、完善和分享知識的全新模式。提升紡織行業(yè)知識積累為目標(biāo),以服務(wù)紡織行業(yè)人士為目的。最終創(chuàng)建一個共建共享的紡織行業(yè)百科全書平臺。