《材料表界面》第6-10章.pptVIP

(2)晶界电位及空间电荷 1）在热运动的情况下，在晶体表面或晶界处有过 剩的同种离子，使其带有正电荷或负电荷； 2）由于电中性的需要，在表面或晶界附近有异号的空间电荷云，抵消该晶界处的电荷； 3）晶界电荷使晶界处有静电位； 4）晶界电荷与空间电荷相拌相生。 2.陶瓷表界面的特征与行为 (3) 晶界的溶质偏析 　晶界电位与空间电荷 形成原因： 　晶界的应力场 晶界偏析：在平衡条件下，溶质原子（离子）在晶界处浓度偏离平均浓度。 2.陶瓷表界面的特征与行为 偏析的自发趋势：晶界结构缺陷比晶内多，溶质原子（离子）处于晶内的能量比处在晶界的能量高，通过偏析使系统能量降低。 偏析驱动力是内能差：设一个原子位于晶内和晶界的内能分别为El 和Eg ，则偏析的驱动力为：  影响晶界偏析的因素 溶质浓度 : 随溶质的平衡浓度增加而增加。 温度: 随温度升高而下降。但温度过低，受扩散限 制而达不到较高的偏析浓度值。 内能△E: 内能差△E 越大，偏析浓度越高。内能差与溶质和溶剂原子尺寸差相关，也与电子因素有关。 界面能变化: 能降低界面能的元素，易形成晶界偏析。 三、玻璃的表界面 广义包括：无机玻璃和有机玻璃两大类。这里指无机玻璃。 定义：介于晶态和液态之间的一种特殊状态，由熔融体过冷而得，其内能和构形熵高于相应的晶态，其结构为短程有序和长程无序。 三、玻璃的表界面 玻璃表面分为清洁表面和实际表面两种类型。清洁表面是经过特殊处理并保持在10-9～10-4Pa超真空下，沾污少得不能用一般表面分析探测的表面。实际表面是暴露在未加控制的大气环境中的玻璃表面。 玻璃的表界面 玻璃表界面的结构 玻璃表界面的化学组成与化学反应 玻璃表界面的性能及其改进 玻璃表界面的表征 三、玻璃的表界面 玻璃表界面的结构 E:过剩氧单元 D:不足氧单元 三、玻璃的表界面 硅酸盐玻璃表面存在： 单羟基，双羟基，闭合羟基团 三、玻璃的表界面 玻璃表界面的化学组成与化学反应 由于高温时一些组分的挥发，或各组分对表面能的贡献大小不同，而造成表面中某些成分的富集，某些成分的减少。 1. 化学组成 三、玻璃的表界面 玻璃表界面的化学组成与化学反应 2. 化学反应 三、玻璃的表界面 玻璃的表面与水反应： 玻璃表界面的化学组成与化学反应 2. 化学反应 三、玻璃的表界面 玻璃表面与酸反应： 玻璃表界面的化学组成与化学反应 2. 化学反应 三、玻璃的表界面 玻璃表面与碱反应： 玻璃表界面的化学组成与化学反应 2. 化学反应 三、玻璃的表界面 玻璃表面的风化： 玻璃和大气的作用称为风化，风化后的玻璃表面出现雾状薄膜，或点线状模糊物，甚至彩虹。 玻璃在大气中风化时，首先吸附大气中的水，和水反应，形成对玻璃的侵蚀。 玻璃表界面的性能及其改进 1.玻璃表界面的性能 三、玻璃的表界面 （1）光学性质 （2）电学性质 （3）力学性能 玻璃表界面的性能及其改进 玻璃表面凹凸不平将导致光的漫反射 1.玻璃表界面的性能 （1）光学性能： 三、玻璃的表界面 玻璃表面吸附水，水膜中的H＋与玻璃表面的碱离子进行离子交换，碱离子进入水膜，使玻璃表面的电导率大大升高，含碱量高的玻璃会形成一层连续的导电膜。 （2）电学性能： 玻璃表界面的性能及其改进 实际玻璃存在着微观和宏观缺陷，特别是表面微裂纹，使实际强度大大降低，玻璃表面和大气及水分的反应也影响着玻璃的力学性能。 1.玻璃表界面的性能 （3）力学性能： 三、玻璃的表界面 玻璃表界面的性能及其改进 2.玻璃的表面改性 三、玻璃的表界面 （1）玻璃的表面涂膜： 1. 减反膜：遮阳、热反射、防眩目玻璃 2. 导电膜 陶瓷的表界面 1.陶瓷表界面结构 2.陶瓷表界面的特征与行为 3.表界面对陶瓷性能的影响 4.新材料开发 二、陶瓷的表界面 （1） 表面结构 （2） 晶　界 （3） 相　界 （4） 晶界构形 1.陶瓷表界面结构 （1） 表面结构 1.陶瓷表界面结构 表面弛豫 表面弛豫是指表面原子或离子间的距离偏离体内的晶格常数，但晶胞结构基本不变的现象。 弛豫主要发生在垂直表面方向 弛豫不仅在表面一层 特点： ds 内部 表面 d0 表面弛豫 在表面处离子排列发生变化，体积大的负离子间的排斥作用，使Cl-向外移动，体积小的Na+则被拉向内部，同时负离子易极化，屏蔽正离子电场外露外移，结果处于同一层的Na+和Cl-分成相距为0.02nm的两个亚层，双电层。 离子晶体表面双电层 概念：在离子晶体表面上，作用力较大、极化率小的正离子处于稳定的晶格位置。为