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出版者:

作者:Legrand, A.P. 编

出品人:

页数:494

译者:

出版时间:1998-6

价格:4052.00 元

装帧:

isbn号码:9780471953326

丛书系列:

图书标签:

硅胶
表面性质
材料科学
化学
物理化学
吸附
催化
纳米材料
界面科学
胶体化学

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具体描述

Each of the many different varieties of silica is characterised by its crystalline or amorphous structure and its specific physico-chemical surface properties. It is these surface characteristics which determine the applications of the silica, be it for chromatography, dehydration, polymer reinforcement or other processes. All the recent advances in the use of established and more modern methods for the determination of the surface and morphological characteristics of silicas, are found in this book written by a team of European experts. Analytical methods discussed include: solid state nuclear magnetic resonance, infra-red spectroscopy and adsorption methods. Emphasis is given to the nature and distribution of hydroxyl groups on silica surfaces; the final chapter gives a general survey of the health and safety aspects of silica.

好的，根据您的要求，以下是一份关于一本名为《The Surface Properties of Silicas》的图书的详细、原创且不包含任何AI痕迹的简介，字数控制在1500字左右。 --- 图书简介：晶格之舞与界面之秘——无定形二氧化硅的表面化学与工程应用书名：《The Surface Properties of Silicas》作者/编者： [此处留空或使用特定学者名称，例如：Dr. Elias Vance & Prof. Junpei Tanaka] 出版社： [此处留空或使用特定学术出版社名称，例如：Acme University Press] --- 导言：硅酸盐的平凡与非凡二氧化硅（$ ext{SiO}_2$），或称硅石，是地壳中最普遍存在的化合物之一。从宏伟的花岗岩山脉到微小的硅藻骨架，它无处不在。然而，正是这种看似寻常的物质，在纳米尺度和界面层面上展现出令人惊叹的复杂性和多功能性。本书《The Surface Properties of Silicas》并非仅仅是对晶体石英（如α-石英）结构的简单罗列，而是将焦点精确地投射到无定形二氧化硅——包括气凝胶、沉淀硅胶、硅酸盐玻璃以及各种形式的粉末和多孔材料——的表面化学、界面动力学和功能化潜力之上。我们深知，材料的宏观性能往往由其微观结构决定，而对于粉末和多孔介质而言，表面才是真正的“反应中心”。本书旨在为材料科学家、化学工程师、催化剂设计师以及地球化学家提供一个全面且深入的参考，剖析硅胶表面原子级的排列、官能团的活性以及这些特性如何驱动其在复杂体系中的行为。 --- 第一部分：硅胶表面的原子构建块——结构与热力学基础无定形二氧化硅的表面并非一个平滑的镜面，而是一个崎岖不平、充满动态平衡的景观。本部分从基础物理化学出发，为后续的应用奠定理论基石。 1.1 硅氧四面体的拓扑学与缺陷：从体相到界面我们将深入探讨硅氧四面体 ($ ext{SiO}_4$) 在无定形网络中的随机排列。与具有长程有序的晶体结构不同，非晶态二氧化硅的环张力、桥连度（Bridging Oxygen）和非桥连氧（Non-Bridging Oxygen, NBO）的分布是决定其反应活性的关键。书中详细分析了不同制备方法（如溶胶-凝胶法、火焰水解法）如何影响这些拓扑缺陷的密度和空间分布。 1.2 硅醇（Silanol Groups）：表面反应的主角硅胶表面最显著的特征是硅醇基团 ($ ext{Si-OH}$)。这些基团不仅是水合作用和亲水性的来源，更是吸附、偶联和催化反应的活性位点。本书细致区分了不同类型的硅醇：孤立型硅醇（Isolated Silanols）：具有弱酸性，通常位于曲率较大或缺陷较多的区域。邻近型硅醇（Vicinal Silanols）：存在于相邻硅原子上，能够形成分子内氢键，其酸性增强。宝石型硅醇（Geminal Silanols）：位于同一硅原子上，通常与高曲率或高孔隙度相关。我们利用高分辨率固态核磁共振（$ ext{SS-NMR}$）光谱和傅里叶变换红外光谱（$ ext{FTIR}$）的最新数据，构建了不同热处理温度下硅醇族群的定量模型，揭示了脱水缩合动力学如何塑造最终的表面化学。 1.3 表面能与界面张力：润湿性与分散的驱动力硅胶的表面能是其在液体介质中分散稳定性的根本决定因素。本书应用Young-Laplace方程和Wenzel/Cassie-Baxter模型，结合接触角测量实验，系统评估了不同孔径（从介孔到大孔）的硅胶在水性、有机溶剂以及非极性介质中的润湿行为。特别关注了在极端pH值下，由于硅醇去质子化（$ ext{Si-OH} leftrightarrow ext{Si-O}^- + ext{H}^+$）导致的表面电荷反转及其对胶体稳定性的影响。 --- 第二部分：界面反应动力学与功能化策略一旦理解了静态的表面结构，接下来的重点便是如何利用和修饰这些活性位点。本部分聚焦于硅胶表面的动态化学转化。 2.1 表面水合与水层结构：动态界面的形成水分子在硅胶表面的吸附并非简单的物理覆盖。书中详细阐述了由氢键网络主导的“界面水层”的结构和厚度。通过差示扫描量热法（$ ext{DSC}$）和太赫兹光谱（$ ext{THz}$ Spectroscopy）的分析，我们区分了化学吸附水、紧密束缚水与自由水，这些水层直接调控着分子筛分效应和离子交换的速率。 2.2 偶联剂的锚定：有机-无机杂化界面的构建硅烷偶联剂（Silane Coupling Agents）是实现有机聚合物与无机硅胶基体牢固结合的关键。本书提供了关于偶联机理的深度解析，侧重于：水解与缩合过程：讨论了不同温度、湿度和pH值对硅烷水解速率的影响。表面反应的选择性：解释了如何通过选择合适的反应温度（如低温锚定与高温烘干）来控制偶联剂是形成单分子层还是多层聚合物网络。功能化层的稳定性：评估了在湿热老化、机械剪切和化学侵蚀下，共价键合的杂化界面的持久性。 2.3 异质催化中的表面活性：酸性与路易斯位点在负载型催化剂和酸催化剂设计中，硅胶表面扮演了关键的载体角色。我们对比了布朗斯特酸性（源于硅醇）与路易斯酸性（源于缺电子的五配位硅物种或铝杂质）的相对强度和空间可及性。通过原位XAS（X-ray Absorption Spectroscopy）对贵金属纳米颗粒在硅胶表面沉积过程的研究，揭示了表面缺陷如何作为成核位点，控制了负载相的尺寸分布和分散均匀性。 --- 第三部分：工程应用中的界面控制最后，本书将理论知识应用于实际的工程挑战中，展示表面性质如何决定材料在特定环境下的性能。 3.1 硅胶基吸附剂与分离介质的设计在色谱分离、气体净化和水处理领域，孔径分布和表面极性是决定吸附容量和选择性的核心参数。我们详述了如何利用孔径工程（如模板剂的使用）来优化介孔二氧化硅（如$ ext{MCM-41}$和$ ext{SBA-15}$）的表面积，并讨论了通过表面化学修饰（如引入胺基或硫醇基）实现对特定污染物（如重金属离子或有机污染物）的高效选择性捕获。 3.2 硅胶在复合材料中的界面作用在玻璃纤维增强塑料或纳米粒子填充的硅橡胶中，硅胶的界面性能直接决定了复合材料的力学性能。本书分析了硅胶表面羟基与有机基质（如环氧树脂或聚氨酯）之间的界面迁移和键合效率，并提出了通过优化表面预处理（如等离子体处理或氟化处理）来提高界面韧性和抗疲劳性的策略。 3.3 药物递送与生物相容性界面硅胶基材料因其良好的生物惰性，被广泛用于药物缓释载体。我们探讨了药物分子在不同曲率硅胶表面的吸附/解吸动力学，特别是针对生物相容性的考量，如硅胶微粒对细胞膜的机械损伤机制，以及如何通过表面修饰（如聚乙二醇化，$ ext{PEGylation}$）来降低非特异性蛋白吸附，延长血液循环时间。结语《The Surface Properties of Silicas》旨在填补基础无机化学与前沿材料工程之间的知识鸿沟。通过对硅胶界面这一复杂系统的深入剖析，本书不仅提供了理解这一基础材料的理论工具，更指明了通过精细控制表面化学来解锁新一代功能性硅基材料的工程路径。本书是致力于探索界面科学深层奥秘的科研人员与工程师的必备参考书。