在氧化还原电势驱动下，以冠醚和 M+
镍的配合物为载体，将M+离子和
电子协同进行传递，似一个氧化还 还原过程
原泵43; e-
调节，是个阳离子选择过程。
输入
M+
氧化过程
e-
输出
材料化学 第六章 薄膜材料
④、表面化学
表面化学可应用在矿物浮选，石油开采，食品加工，化学 工业，制药工业，纺织工业等工业领域，也与研磨，润湿，防 水，防污，脱色，洗涤，乳化，催化等技术过程紧密相关，并 且在高新技术发展中也有着重要的作用。
材料化学 第六章 薄膜材料
13
②、污水净化
利用膜两边的浓度差分离或过滤， 可以提取多种有机物质。
渗透膜
膜法过滤大大减低了污水净化 的工艺复杂性，使设备和操作 变得简单，大大节约了成本。
材料化学 第六章 薄膜材料
③、电子或离子选择性
载体通道选择性通透电子或离子的 机理。底物在通过膜时，通过缔合、 离解、向前扩散和向后扩散四个步 骤，像接力赛跑似的直接流动，或 从一个位置跳到另一个位置穿过薄 膜。
材料化学 第六章 薄膜材料
③、表面
隔开囊泡内的那一层膜， 就是两相之交的过渡区域。 气液的交界面，气固的交界 面，固液的交界面，不相溶 的两种液体液液的交界面等， 都是表面。
生命现象的重要过程就是在这些表面上进行，大量的物理 化学作用，例如相变和化学反应，也在表面发生，由于表面上 分子处境特殊，这些作用发生于表面时更具特色，更丰富，也 更有趣。
囊泡
DNA
生命
薄膜在生命物质的前进过 程中起着决定性的作用。
材料化学 第六章 薄膜材料
6.1.2 表面化学和膜的应用举例
（1）基本概念
①、表面活性剂分子（Surfactant）
被誉为“工业味精”，指具有固 定的亲水亲油基团，在溶液的表面 能定向排列，并能使表面张力显著 下降的物质。洗涤时，在水溶液中 分散的两亲分子将亲油的尾巴插入 油污中，亲水的一端暴露在水中， 随着搅拌，表面活性剂集结在油污 周围包住污物，溶于水中，从而达 到去污的目的。
Xinjiang university
Material Chemistry
Chapter Six
Thin Film Materials
新疆大学化学化工学院材料化学与工程教研室
材料化学 第六章 薄膜材料
1
OUTLINE
6.1 Superficial Chemistry and the Importance of the Film (表面化学和膜的重要性)
材料化学 第六章 薄膜材料
④、细胞膜的功能
细胞膜具有选择性 细胞膜上的通道，按照离子通道的功能可有不同分类： 按通过离子种类分类；K+, Ca2+, Na+… 按通道的激活方式分类:开关功能,电压门控，配体门控等等 生命的过程就在这些通道的开合之间进行。带来生命的，不是神， 不是外星人，恰恰是神奇的表面－－－细胞膜的结构和功能。
6.1 Superficial Chemistry and the Importance of the Film
(表面化学和膜的重要性)
6.1.1 引言：从生命起源谈起
天体论－从外部天体而来
进化论－从海洋生物而来
神话论－女娲创造人和万物
材料化学 第六章 薄膜材料
1828 年 德 国 人 由 韦勒通过无机物人工 制备有机物尿素，证 明了“无机物和有机 物之间绝对没有不可 逾越的界限。”
（b）、在囊泡表面形成薄膜，通 过膜与外界进行能量和物质 的交换。
（c）、有时，由于缺陷或周围环境 的影响，囊泡会破裂，同时形 成新的囊泡。
（d）、囊泡通过相互吞并，形成 更为复杂和更为进化的囊泡。
材料化学 第六章 薄膜材料
囊泡内的有机物浓度不断 提高，促使反应向生成蛋白质， 甚至生成DNA的方向前进，并 逐渐增加其复杂性直至具备细 胞的功能。
材料化学 第六章 薄膜材料
（2）、应用举例
薄膜材料
细胞膜精妙复杂， 功能奇妙，人们努力 模仿它制造一种新型 材料－－薄膜材料。
薄膜材料是21世纪技术革新的基础材料之一。 基本功能：选择性地将电子、离子、或分子等进行定向渗透、 输送或反应。 基本特点：操作简便，节约能源，干净无污染。
材料化学 第六章 薄膜材料
希望药水能在叶面上铺展，提 高灭害效果，降低农药用量。
提高纤维 的憎水性， 增强抗湿 性能。
材料化学 第六章 薄膜材料
通过调整表面的化学成分来改变材料的表面特性
亲水表面改成了疏水表面
材料化学 第六章 薄膜材料
6.2 Film-Forming Technology---Molecular selfassembly technology
材料化学 第六章 薄膜材料
②、囊泡
水
水
水
单
多
室
室
囊泡
当水中分散了许多表面 活性剂分子时，都会自发 形 成 囊 泡 ， 其 尺 寸 在 30100左右，形状多为球形， 椭球形和扁球形。囊泡里 外都是水溶液，由一层薄 膜隔开，两亲分子尾靠尾 形成两层，疏水的一头聚 在一起，亲水的那头分别 面对囊泡内外的水环境。 从而使囊泡能较为稳定地 处在水溶液中。
①、海水淡化
加 压
海水
渗透膜
醋酸纤维类， 聚酰胺类， 聚苯砜对苯二甲酰胺类
淡水
材料化学 第六章 薄膜材料
• 国外已有多套日产水量为10万吨级以上的反渗透海水淡化 装置，目前正在运行的大型卷式膜海水淡化装置的单机能 力日产水量6000吨
• 目前国内有批量生产海水淡化膜装置的公司不超过10家， 正在河北建设的日产水量18000吨的“亚海水”脱盐装置 是国内最大的使用海水淡化膜的反渗透装置。
6.2 Film-Forming Technology--Molecular self-assembly technology (成膜技术－－－分子组装新手段)
6.3 A Short Introduction to Various Functional Thin Films
(各种功能膜简介）
材料化学 第六章 薄膜材料
生命起源
完全有可能通过
闪电将原始地球上
的水、甲烷、氨和
氢气等无机物合成
氨基酸这样的有机
小分子，从而完成
生命的产生。
简单的小分 子是如何变成越 来越复杂的有机 大分子的？
材料化学 第六章 薄膜材料
生命起源的囊泡假说
（a）、大气中的有机物通过降雨落 入大海，它们通过团聚产生 反应，形成大分子，并从此 走向生命历程。