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第 15 卷 　第 6 期 大学化学 2000 年 12 月 知识 　 　固体表面结构和常用表面分析技术 　　介绍 朱月香 　段连运 　钱民协 (北京大学化学与分子工程学院 　北京 100871) 　　摘要 　对在结构化学基础课中增加表面结构知识的内容进行了探讨 ,提出将“表面原子排布 和表面电子态”、“表面化学组成”和“表面分析技术”等作为固体表面结构和性质教学的基本内容 , 同时将“单层分散原理”这一科技新发现作为从理论研究到实际应用的例子吸纳到教材中。介绍 了单层分散的实验现象、原理及有关应用。 　　段连运、谢有畅[1 ] 1991 年在《大学化学》发表文章 ,建议在结构化学基础课教学中增添表 面结构化学内容。近 10 年来 ,许多院校就表面结构化学讲授内容的组合、教材建设、授课方法 等进行了广泛探索 ,取得了颇具推广价值的经验。北京大学结构化学基础课教学组也对几种 教学方法进行了尝试。在修改和完善已数度讲授过的“分子轨道理论与电子能谱”、“固体的表 面结构和表面性质”的基础上 ,还就增添“表面分析技术”、“盐类、氧化物及一些有机化合物在 固体表面的分散”等内容进行了研究和尝试。兹予发表 , 以期与同行交流。 1 　关于固体表面结构和性质的教学 ( 　　表面科学是一个新兴的边缘学科 ,涉及的内容非常广泛 ,包括复杂的理论模型 经典力学 ) 和量子力学的 、各种表面分析技术及在各个领域中的应用等。有关的资料浩如烟海。在结构 化学基础课中增加表面结构化学内容的必要性是不言而喻的 ,但作为本科生基础课 ,应当增加 哪些内容呢 ? 根据既要“新”又要“精”的原则 ,我们认为 ,“表面原子排布和表面电子态”、“表面 化学组成”和“表面分析技术”应当是首先要增加的最基本的内容。 1. 1 　表面原子排布及表面电子态 　　首先 ,要使学生建立起“固体表面”的概念。 　　物体和真空或气体的界面称表面。固体表面是指表面的一个或几个原子层 ,有时指厚度 达几微米的表面层。表面是体相结构的终止 ,表面向外的一侧没有近邻原子 ,表面原子有一部 分化学键伸向空间形成悬空键。固体内部三维周期势场在表面中断 ,表面原子的电子状态也 和体内不同。这些不同使表面具有某种特殊的力学、光学、磁学、电子和化学性质。对固体表 面的研究在各种新材料的研制与开发中有着举足轻重的作用。 　　然而 ,表面不是体相结构的简单中止。由于固体表面有悬空键 ,因而有剩余成键能力。为 了使表面能降低 ,所有固体的表面原子都会离开它们原来在体相中应占的位置而进入新的平 衡位置 ,发生弛豫或重构。弛豫是指表面层之间以及表面和体内原子层之间的垂直距离 ds 和 体内原子层间距 d0 相比有所膨胀或压缩的现象。重构是指表面原子层在水平方向上的周期 21 © 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 性不同于体内。 图 1 　固体的表面结构 　　在实际晶体中 ,原子的排布具有完整的二维周期性的理想表面一般是不存在的。从原子 水平上看 ,固体表面是不规整的 ,存在多种位置 ,如图 1 所示[2 ] 。由图 1 可见 ,在表面上原子的 周围环境并不像二维点阵结构那样单一 , 而有多种不同的情况。图中示出有 : 附加原子 ( ) ( ) ( ) ( ) adatom 、台阶附加原子 step adatom 、单原子台阶 monatomic step 、平台 terrace 、平台空位 ( ) ( ) terrace vacancy 、扭结原子 kink atom 等等。这些表面上原