第五章表面结构与性质概要.ppt

界面特性： （1）界面能会引起界面吸附。 （2）界面上原子扩散速度较快。 （3）对位错运动有阻碍作用。 （4）易被氧化和腐蚀。 （5）原子的混乱排列利于固态相变的成核。 三、吸附表面 吸附表面有时也称界面。它是指在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围空间吸附在表面上的质点所构成的表面，根据原子在基底上的吸附位置，一般可分为四种吸附情况，即顶吸附、桥吸附、填充吸附和中心吸附等 1、对于实际晶体，处于物体表面的质点，其境遇和内部是不同的，表面的质点处于（ ）的能量，所以导致材料呈现一系列特殊的性质。 A: 较高 B: 较低 C: 相同 D: A或C 2、由于固相的三维周期性在固体表面处突然中断，表面上原子产生的相对于正常位置的上、下位移，称为（ ）。 A: 表面收缩 B: 表面弛豫 C: 表面滑移 D: 表面扩张 3、重构表面是指表面原子层在水平方向上的周期性与体内（ ），垂直方向的层间距与体内（ ）。 A: 不同；相同 B: 相同；相同 C: 相同；不同 D: 不同；不同 四、固体表面结构 概念：指表面相中的原子组成与排列方式 固体: 只能借助于离子极化、变形、重排并引起晶格畸变来降低表面能（因为固体不能流动） ，其结果使固体表面层与内部结构存在差异。 表面力的存在使固体处于较高能量状态，系统总会通过各种途径来降低该部分能量，具体体现在： 液体: 总是力图形成球形表面来降低系统的表面能。 与体相内三维周期性结构相偏差的表面原子层 （1）晶体表面结构 A、离子晶体表面双电层 形成机理：在离子晶体表面上，负离子电子云将被拉向内侧的正离子一方而变形，诱导成电偶极子；为降低表面能，各离子周围的相互作用将尽量趋于对称，因而M+离子在周围质点作用下向晶体内靠拢，而易极化的X－离子受诱导极化偶极子的排斥而被推向外侧形成表面双电层 离子晶体双电层的产生使表面层键性改变，即共价键性增强，同时固体表面被一层负离子所屏蔽而导致组成非化学计量 1. 离子晶体NaCl在表面力作用下，处于表面层的负离子Cl-在外侧不饱和，Cl-极化率大，通过电子云拉向内侧正离子一方的极化变形来降低表面能。这一过程称为松弛，它是瞬间完成的，接着发生离子重排。 2. 从晶格点阵稳定性考虑作用力较大，极化率小的正离子应处于稳定的晶格位置，而易极化的负离子受诱导极化偶极子排斥而推向外侧，从而形成表面双电层。重排结果使晶体表面能量趋于稳定。 3.当表面形成双电层后，它将向内层发生作用，并引起内层离子的极化和重排，这种作用随着向晶体的纵深推移而逐步衰减。表面效应所能达到的深度，与阴、阳离子的半径差有关，差愈大深度愈深。 晶体内部 晶体表面 0.281nm 0.266nm 0.020nm B、金属材料的表面双电层 晶体周期性被破坏，引起表面附近的电子波函数发生变化，进而影响表面原子的排列，新的原子排列又影响电子波函数，此相互作用最后建立起一个与晶体内部不同的自洽势，形成表面势垒。当一部分动能较大的电子在隧道效应下穿透势垒，表面将形成双电层。 （2）粉体表面结构 粉体：微细的固体粒子集合体，它具有极大的比表面积，因此表面结构状态对粉体性质有着决定性影响 随着粒子的细微化，比表面积越来越大，结构的有序程度越来越扰乱并不断向颗粒深部扩展，使粉体表面无定形化 大量的研究结果表明粉体表面结构可能存在两种模型：一是无定形结构；二是粒度极小的微晶结构 （3）玻璃表面结构 玻璃也同样存在着表面力场，其作用影响与晶体相类似，且由于玻璃比同组成的晶体具有更大的内能，表面力场的作用往往更为明显 从熔体到玻璃体虽然是一个连续的过程，但却伴随着表面成分的不断变化，这是因为玻璃中各成分对表面自由能的贡献不同 为使表面能能最小化，各成分将按其对表面能的贡献能力自发地转移和扩散。其次，玻璃成型、退火过程，会使一部分易挥发的组分损失掉。因此，表面折射率、化学稳定性、结晶倾向以及强度等性质会与体内不同 （4）固体表面的几何结构 固体的实际表面是不规则而粗糙的，存在无数台阶、裂纹和凹凸不平的峰谷，这些不同的几何状态会对表面性质产生影响，其中最重要的是表面粗糙度和微裂纹 表面微裂纹：对表面性质影响较大，尤其是对脆性材料。例如：对强度的影响，理论强度是实际强度的几百倍。 R：断裂强度；C：微裂纹长度； E：弹性模量；α:表面自由能。 表面粗糙度的影响：（1）使