第二章 表面基本概念.pdf

第二章 表面科学的一些基本概念 1 第一节 固体表面的结构 晶体和非晶体 晶体中的原子、离子或分子在三维空间呈周期性规 则排列，即长程有序。 非晶体内部原子、离子或分子在三维空间排列无长 程序，但是由于化学键的作用，大约在1－2nm范围 内原子分布仍有一定的配位关系，原子间距和成键 键角等都有一定特征，然而没有晶体那样严格，即 存在所谓的短程有序。 2 第一节固体表面的结构 表面能 • 表面原子由于出现断键而增加的能量 表面 （断键功） 灰色球上方缺失4个原子，出现“断 键” 。对于面心立方晶体，只有每 一原子周围12个近邻原子，即12 对“键”时能量最低。不同晶面作表 面时，断键数目不同，因而表面 能不同。即在单晶体中，表面能是 面心立方晶体（100） 各面异性的。 表面原子排列示意图 3 表面能γ ：产生单位新表面时所需要的能量 ⎛ ∂G ⎞ G为能量，A 为新表面积 γ ⎜ ⎟ ⎝ ∂A ⎠ ni T ,P , 新（奇异）表面上的原子偏离初始位置的 能量等于断裂键的数量（N ）与键长（ε ）b 的一半的乘积，因此表面能可以表示为： 1 γ ερ b N a 2 Schematic showing two new surfaces ρa 为表面原子密度 being created by breaking a rectangular into two pieces. 4 面心立方结构的表面能 1 2 4ε {100}面： γ⋅ =⋅ 4 ε 100 { } 2 2 2 a a 5 ε γ 110