双电层

双层（DL，也称为双电层，EDL）是当物体暴露于流体时出现在物体表面的结构。 物体可能是固体颗粒、气泡、液滴或多孔体。 DL 指的是围绕物体的两个平行电荷层。 xxx层，表面电荷（正或负），由由于化学相互作用而吸附到物体上的离子组成。 第二层由通过库仑力吸引到表面电荷的离子组成，对xxx层进行电屏蔽。 第二层与对象松散相关。 它由自由离子组成，这些离子在电吸引和热运动的影响下在流体中移动，而不是被牢固地锚定。 因此，它被称为扩散层。

界面 DL 在具有大表面积与体积比的系统中最为明显，例如胶体或多孔体（分别具有微米到纳米尺度的颗粒或孔隙）。 然而，DL 对于其他现象很重要，例如电极的电化学行为。

DL 在许多日常物质中发挥着重要作用。 例如，均质牛奶的存在只是因为脂肪滴被一层 DL 覆盖，防止它们凝结成黄油。 DL 几乎存在于所有异质流体系统中，例如血液、油漆、墨水、陶瓷和水泥浆。

DL与电动现象和电声现象密切相关。

当电子导体与固体或液体离子导体（电解质）接触时，会出现两相之间的公共边界（界面）。 Hermann von Helmholtz 是xxx个意识到浸入电解质溶液中的带电电极会排斥电荷的共离子，同时将抗衡离子吸引到其表面。 在电极和电解质之间的界面处形成两层相反的极性。 1853 年，他表明双电层 (DL) 本质上是一种分子电介质，并以静电方式存储电荷。 在电解质的分解电压以下，存储的电荷与施加的电压呈线性关系。

这个早期模型预测了一个恒定的微分电容，该电容与电荷密度无关，具体取决于电解质溶剂的介电常数和双层的厚度。

该模型为描述界面奠定了良好的基础，但未考虑重要因素，包括离子在溶液中的扩散/混合、吸附到表面的可能性以及溶剂偶极矩与电极之间的相互作用。

Louis Georges Gouy 在 1910 年和 David Leonard Chapman 在 1913 年都观察到电容不是常数，它取决于施加的电势和离子浓度。 Gouy-Chapman 模型通过引入 DL 的扩散模型做出了重大改进。 在这个模型中，离子的电荷分布作为距金属表面距离的函数，允许应用麦克斯韦-玻尔兹曼统计。 因此，电势远离流体体积的表面呈指数下降。

Gouy-Chapman 模型不适用于高电荷 DL。 1924 年，Otto Stern 建议将 Helmholtz 模型与 Gouy-Chapman 模型相结合：在 Stern 的模型中，一些离子如 Helmholtz 所建议的那样粘附在电极上，形成内部 Stern 层，而另一些则形成 Gouy-Chapman 扩散层 .

Stern 层解释了离子的有限尺寸，因此离子最接近电极的距离大约为离子半径。 斯特恩模型有其自身的局限性，即它有效地将离子视为点电荷，假设扩散层中所有重要的相互作用都是库仑相互作用，假设介电常数在整个双层中是恒定的，并且流体粘度是恒定的平面。

D. C. Grahame 于 1947 年修改了 Stern 模型。他提出一些离子或不带电的物质可以穿透 Stern 层，尽管最靠近电极的位置通常被溶剂分子占据。 如果离子在接近电极时失去它们的溶剂化层，就会发生这种情况。 他把与电极直接接触的离子称为特异性吸附离子。 该模型提出存在三个区域。 内亥姆霍兹平面 (IHP) 通过特定吸附离子的中心。 外亥姆霍兹平面 (OHP) 在最接近电极的距离处穿过溶剂化离子的中心。 最后，扩散层是 OHP 之外的区域。

1963 年 J. O'M. Bockris、M. A. V. Devanathan 和 Klaus Müller 提出了双层的 BDM 模型，其中包括溶剂在界面中的作用。