新第二章 表面科学的某些概念和理论.ppt

第三，实际固体的表面绝大多数是处于非平衡状态，决定固体表面形态的主要因素不是它的表面张力大小，而是形成固体表面时的条件以及它所经历的历史。 第四，固体的表面自由能和表面张力的测定非常困难，可以说目前还没有找到一种能够从实验上直接测量的可靠方法。 3、表面吸附 固体对气体的吸附 物理吸附与化学吸附的区别 吸附的基本特征 第四节 表面动力学 2.表面原子的热振动 3.表面扩散 作业 固体材料的界面分为哪几种及概念。 固体材料与气体界面的分类及定义。 清洁表面的分类、结构及特点？ 物理吸附与化学吸附的区别如何？ 假定有一各向异性的固体，其表面张力可以分解成互相垂直的二个分量，分别用γ1和γ2表示，若在二个方向上面积的增加为dA1和dA2，如图7.2所示。 表面自由能的总增量由反抗表面张力γ1和γ2所做的可逆功给出 d（A ）T，V，n=γ1dA1+γ2dA2 （7.1） 式中 表示单位面积的自由能，A表示固体的表面积。 dA1 dA2 图7.2 各向异性固体的表面张力在二个方向上的分解 γ1 γ2 其中 为单位表面积的内能， 为单位表面积的熵， 为单位表面积的表面相体积。 单位面积的表面Gibbs自由能 为 所以，一般可以认为表面上单位面积的Gibbs自由能近似等于单位面积的自由能。因此，式（7.2）和（7.3）可写为 一般以为实际的表面相厚度很小，通常只有几个原子层厚，因此， 很小，可以忽略不计。 （7.2） （7.3） （7.4） （7.5） 的两个不同方向的表面张力γ1和γ2与表面自由能 的关系。对于各向同性的固体， γ1=γ2=γ 式（7.8）就变成了 其中 dA=dA1+dA2 式（7.8）即是Shuttleworth导出的各向异性固体 （7.8） （7.6） （7.7） （7.9） 若固体的表面已达到某种稳定的热力学平衡状态， 但是对于大多数真实的固体，它们并非处于热力学平衡状态，所以dGs/dA≠0。Gs和γ等于它们的平衡值，而且γ和Gs彼此也不相等。 Shuttlewort指出，对于与机械性质有关的场合，应当用γ，而与热力学平衡性质有关的场合应当用Gs。 晶体的平衡形状 晶体的基本特点是它具有规则排列的内部结构。晶体结构最突出的几何特征是其结构基元（原子、离子、分子或其它原子集团）在晶体内部呈一定的周期性排列，从而形成各种各样的三维空间对称图形。为了对结构基元的周期性排列描述方便起见，通常将每个结构基元抽象地看成一个相应的几何点，而不考虑它的实际物质内容。这样就可以将晶体结构抽象成一组无限多个周期性排列的几何点。 这种从晶体结构抽象出来的，描述结构基元空间分布周期性的几何点，总体称为晶体的空间点阵。空间点阵中的几何点称为阵点。 三种常见的立方晶体： （a）简单立方 （b）体心立方 （c）面心立方 晶面与晶向 在空间点阵中无论在哪一点都可以画出许多互相平行的阵点平面。同一方向上的阵点平面不仅互相平行，而且等距，各平面上的阵点分布情况也完全相同。但是，不同方向上的阵点平面却具有不同的特征。所以说，阵点平面之间的差别主要取决于它们的取向。 同样的道理，在空间点阵中无论在哪一个方向都可以画出许多平行的、等同周期的阵点直线，不同方向上阵点直线的差别也是取决于它们的取向。 空间中的阵点平面和阵点直线相当于晶体结构中的晶面和晶向，它们分别用晶面指数和晶向指数来表示。 晶面指数的确定方法为： 1）在一组互相平行的晶面中任选一个晶面，量出它在三个坐标轴上的截距并用点阵周期a、b、c为单位来度量； 2）写出三个截距的倒数； 3）将三个倒数分别乘以分母的最小公倍数，把它们化为三个简单整数，并用圆括号括起，即为该组平行晶面的晶面指数。 （111） （110） Y Z X （111） （132） Y X Z 晶向指数的确定方法为： 1）在一族互相平行的阵点直线中引出过坐标原点的阵点直线； 2）在该直线上任选一个阵点，量出它的坐标值并用点阵周期a、b、c来度量； 3）将三个坐标值用同一个数乘或除，把它们化为简单整数并用方括号括起，即为该族结点直线的晶向指数。 X Y Z [110] [112] [210] [210] 一般来说，晶体表面的组成及原子（离子、分子）的排列方式是各向异性的，因此，晶体的表面自由能 及表面张力γ也是各向异性的，它们是晶面法向n的函数。