第一部分 原子和分子间力

第1章 历史回顾

1.1 自然界存在的四种力

1.2 希腊和中世纪关于分子间力的认识

1.3 17世纪：早期科学时期

1.4 18世纪：困惑、矛盾和争论

1.5 19世纪：连续理论与分子理论之争

1.6 分子间力——规律和相互作用势：长程力和短程力

1.7 首个成功的唯象理论

1.8 分子尺寸的首次估计

1.9 20世纪：了解简单系统

1.10 近期发展趋势

问题与讨论

第2章 分子间力的热力学和统计力学

2.1 自由空间和介质中的分子间相互作用

2.2 自我能与二体势

2.3 玻尔兹曼分布和化学势

2.4 平衡系统中的分子和粒子分布

2.5 范德华状态方程（EOS）

2.6 用热能kT作为标准来估计相互作用的强度

2.7 力和二体势的分类

2.8 多分子系统的理论性分析：连续性方法或分子方法

2.9 计算机模拟的分子方法：蒙特卡罗（MC）和分子动力学（MD）

2.10 牛顿定律在二体碰撞中应用

2.11 多重碰撞的动力学和统计力学：玻尔兹曼分布

问题与讨论

第3章 强分子间力：共价相互作用与库仑相互作用

3.1 共价键（化学键力）

3.2 物理键和化学键

3.3 库仑力或者电荷-电荷之间的相互作用，高斯规则

3.4 离子晶体

3.5 参考态

3.6 静电力的范围

3.7 离子的玻恩能

3.8 离子在不同溶剂中的溶解度

3.9 特殊离子-溶剂作用：连续性方法

3.10 分子方法：计算机模拟和多体系统的积分方程

问题与讨论

第4章 极性分子间相互作用

4.1 什么是极性分子

4.2 极性自我能

4.3 离子-偶极相互作用

4.4 极性溶剂中的离子

4.5 水中强的离子-偶极相互作用：水合离子

4.6 溶解力、结构力和水合力

4.7 偶极-偶极相互作用

4.8 磁偶极

4.9 氢键

4.10 旋转偶极和角平均势

4.11 熵效应

问题与讨论

第5章 与分子极化有关的相互作用

5.1 原子与分子的极化率

5.2 极性分子的极化率

5.3 其他极化机理和极化对静电相互作用的影响

5.4 离子和中性分子之间的相互作用

5.5 离子-溶剂分子相互作用和玻恩能

5.6 偶极-诱导偶极间相互作用

5.7 极化相互作用的统一

5.8 溶剂化效应与“超额极化率”

问题与讨论

第6章 范德华力

6.1 中性分子间范德华色散力的起源：London方程

6.2 色散力的强度：范德华固体和液体

6.3 范德华状态方程

6.4 三维及二维体系的气-液、液-固相转变

6.5 极性分子间范德华力

6.6 分子间范德华力的基本理论

6.7 介质中的范德华力

6.8 分子在介质中的色散自我能

6.9 范德华力的深入层面：各向异性（取向），非相加性（多体）和延迟效应

6.9.1 色散力的各向异性

6.9.2 范德华力和多体效应的非叠加性

6.9.3 延迟效应

问题与讨论

第7章 空间斥力、全分子间二体势和液体结构

7.1 原子、分子和离子的尺寸

7.2 排斥势

7.3 全分子间二体势：形式、量级和范围

7.4 斥力在非共价键结合的固体中的作用

7.5 固体中分子和粒子的堆积

7.6 斥力在液体中的作用：液体的分子结构

7.7 液体结构对分子间力的影响

问题与讨论

第8章 特殊的相互作用：氢键、疏水和亲水相互作用

8.1 水的独特性质

8.2 氢键

8.3 水与缔合液体的模型

8.4 不同类型相互作用的相对强度

8.5 疏水效应

8.6 疏水相互作用

8.7 亲水相互作用

问题与讨论

第9章 非平衡和与时间相关的相互作用

9.1 与时间和速率相关的相互作用和过程

9.2 与速率和时间相关的脱离（剥离）力

9.3 分子碰撞时的能量转移（耗散）：Deborah数

9.4 结合-脱离过程中的能量转移

9.5 复杂过程中时间、温度与速度（速率）之间的关系

问题与讨论

第二部分 粒子和表面间力

第10章 分子间力和粒子间力的统一概念

10.1 介质中相似分子或粒子的缔合作用

10.2 介质中相互接近的相似表面：表面能和界面能

10.3 第三介质中不同分子、粒子或表面的结合

10.4 粒子-表面与粒子-界面的相互作用

10.5 吞噬和排出

10.6 吸附表面膜：润湿和非润湿

问题与讨论

第11章 分子间力、粒子间力及表面间力的比较

11.1 力的短程和长程效应：定性区分粒子间相互作用与小分子间相互作用

11.2 宏观物体间的相互作用势

11.2.1 分子表面相互作用

11.2.2 球-平面和球-球相互作用

11.2.3 表面表面相互作用

11.3 两球体的有效相互作用面积：Langbein近似

11.4 粒子间相互作用与原子间或小分子间相互作用的比较

11.4.1 粒子间相互作用势能的尺寸效应

11.4.2 表层深度或表面积比体积缩放效应

11.4.3 动力学和非平衡效应

11.5 相互作用能与相互作用力：Derjaguin近似

11.6 “体积力”和“表面力”

问题与讨论

第12章 力的测量方法

12.1 分子间力、粒子间力和表面力的直接与间接测量

12.2 不同直接测量力的方法

12.3 直接测量力的机理及相关问题

12.4 力-距离函数F（D）的测量

12.5 不稳定性

12.5.1 力学不稳定性

12.5.2 能量不稳定性

12.5.3 热力学不稳定性

12.6 黏附力和能量的测量

12.7 宏观表面间力的测量：SFA,OP/OS等相关方法

12.7.1 表面力仪

12.7.2 渗透压强或渗透压力的测试方法

12.8 测量微观（胶体）和纳米粒子间相互作用力的方法：AFM和TIRM

12.8.1 原子力显微镜

12.8.2 全内反射荧光显微镜

12.9 测量单分子和单键相互作用的方法：OT和MC方法

12.9.1 光镊或光学捕集

12.9.2 微悬臂梁

问题与讨论

第13章 粒子与表面间的范德华力

13.1 不同几何形状物体间的范德华作用力规律：Hamaker常量

13.2 真空或空气中物体间范德华力的强度

13.3 范德华力的Lifshitz理论

13.4 粒子-表面相互作用

13.5 基于Lifshitz理论计算的非阻滞Hamaker常量

13.6 导电介质间的范德华力

13.7 真空或空气中相互作用Hamaker常量的理论值和实验值

13.8 Lifshitz理论在介质中相互作用上的应用

13.9 排斥性的范德华力：分离压和润湿膜

13.10 较大间距下的范德华力：阻滞效应

13.11 电解质溶液中的静电屏蔽

13.12 结合关系

13.13 表面能和黏附能

13.14 金属的表面能

13.15 有吸附层的表面间作用力

13.16 有关范德华力的实验

问题与讨论

第14章 液体中表面间的静电作用力

14.1 液体中的表面荷电：“双电层”

14.2 水中的电荷表面：没有额外的电解质——“只有反号离子”

14.3 泊松-玻尔兹曼（PB）方程

14.4 表面处的表面电荷、电场强度和反号离子浓度：“接触”值

14.5 远离表面的反号离子浓度曲线

14.6 离子分布、电场、表面势和压强的根源

14.7 水中两个荷电表面之间的压强：接触值理论

14.8 大间距的极限：厚润湿膜

14.9 小间距的极限：渗透极限和电荷调节

14.10 电解质溶液中的带电表面

14.11 Grahame方程

14.12 孤立表面的表面电荷和电势

14.13 二价离子的影响

14.14 德拜（Debye）长度

14.15 远离表面的电势ψx和离子浓度ρx的变化

14.16 各种粒子表面间的双电层相互作用力和能量

14.17 恒定电荷和恒定电势相互作用的精确解：电荷调节

14.18 非对称表面

14.19 离子凝聚和离子关联作用力

14.20 更复杂的体系：有限容器体系和有限离子-尺寸效应

14.21 范德华力和双电层力同时作用：DLVO理论

14.22 双电层力和DLVO力的实验测量

14.23 动电力

14.24 离散表面电荷和偶极

问题与讨论

第15章 溶剂化、结构化和水化作用力

15.1 非DLVO力

15.2 表面、界面和薄膜中的分子排序

15.3 球形分子在两个平滑（非结构）表面间的有序排列

15.4 结构表面间非球形分子的有序性

15.5 主要类型的溶剂化力的来源：振荡力

15.6 拥塞

15.7 振荡力的实验测量和性质

15.8 水溶液中溶剂化力：单调的排斥性水合力

15.9 水溶液中溶剂化力：吸引性的“疏水”力

问题与讨论

第16章 空间（聚合物媒介）及热涨落力

16.1 液体中的扩散界面

16.2 溶液中与表面处的聚合物状态

16.3 聚合物覆盖的表面间“空间位阻”或“重叠”排斥力

16.4 纯聚合物液体（聚合物熔体）中的粒子间力

16.5 “链段间”和“桥接”吸引力

16.6 “排空”吸引力

16.7 聚电解质

16.8 聚合物间相互作用的非平衡性

16.9 类流体界面间的热涨落和力

16.10 短程突出力

16.11 长程起伏力

问题与讨论

第17章 黏附和润湿现象

17.1 表面能与界面能

17.2 黏附能和黏附力

17.3 高曲率表面和界面：簇、空穴和纳米颗粒

17.4 接触角和润湿膜

17.5 粗糙、有纹理以及化学异质表面的润湿

17.6 接触角滞后

17.7 固体颗粒间的黏附：JKR及HERTZ理论

17.8 黏附滞后

17.9 粗糙和纹理表面的黏附

17.10 塑性形变

17.11 毛细管力

问题与讨论

第18章 摩擦力和润滑力

18.1 摩擦力和润滑力的起源

18.2 黏附力和摩擦力的关系

18.3 Amonton摩擦定律

18.4 平滑滑动和黏滞滑动

18.5 润滑滑动

18.6 液膜和类固体薄膜的转变

18.7 粗糙表面的真实接触面积

18.8 滚动摩擦

18.9 摩擦机理的理论模型

问题与讨论

第三部分 自组装结构和生物系统

第19章 自组装的热力学原理

19.1 介绍：柔性结构

19.2 自组装的基本热力学方程

19.3 聚集体形成的必要条件

19.4 维度和几何效应：棒状、圆盘状和球状

19.5 临界胶束浓度（CMC）

19.6 无限大聚集体（相分离）与有限尺寸聚集体（胶束化）

19.7 转移疏水相互作用能

19.8 聚集成核与生长

19.9 表面上的二维结构：可溶与不可溶单分子层

19.10 线张力和二维胶束（结构域）

19.11 可溶性单分子层和吉布斯等温吸附曲线

19.12 自组装结构的尺寸分布

19.13 巨两亲分子和更复杂的两亲分子结构

19.14 聚集体间的相互作用：亚相和多层结构

问题与讨论

第20章 软物质结构与生物结构

20.1 引言：流体两亲结构的平衡条件

20.2 最优头基面积

20.3 对几何堆积问题的思考

20.4 球状胶束

20.5 非球状和圆柱状胶束

20.6 双分子层

20.7 囊泡

20.8 单分子层和双分子层曲率／弯曲能量和弹性

20.9 其他的两亲结构及其转变

20.10 表面与界面上的自组装：二维胶束、域和筏

20.11 生物膜

20.12 膜脂

20.13 膜蛋白和膜结构

问题与讨论

第21章 生物膜的相互作用及结构

21.1 范德华力

21.2 静电力（双电层）和DLVO力

21.3 排斥熵（热波动、水合位阻）作用力：突出力、头基重叠力与波动力

21.4 吸引耗散力

21.5 吸引疏水相互作用力

21.6 生物特异相互作用：互补相互作用，位点特异相互作用和配体-受体（LR）相互作用

21.7 桥接（拴缚）力

21.8 膜间作用力与膜内作用力的相互依存性

21.9 生物膜黏附、生物黏附

21.10 膜融合

问题与讨论

第22章 动态生物相互作用

22.1 生物力与生物相互作用的微妙性

22.2 相互作用的时空演化：若干一般性思考

22.3 生物破裂和捕获：Bell和Jarzynski方程

22.4 串联和并联的多键系统

22.5 分离-结合过程：“小概率事件”的生物重要性

22.6 生物膜和生物表面的动态相互作用

22.7 自组装与定向组装：动态相和可调材料

22.8 马达蛋白、运输蛋白和蛋白引擎

问题与讨论

参考文献

索引