武汉理工考研材料课件-第四章 表面结构与性质.pdf

第四章 固体的表面与界面 生活中的表面现象 表面现象产生的原因 固体的界面可一般可分为表面、界面和相界面： 1）表面:表面是指固体与真空的界面。 2 ）界面:相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。 3 ）相界面:相邻相之间的交界面称为相界面。 相界面有三类: 固相与固相的相界面（S ／S）； 固相与气相之间的相界面（S ／V ）； 固相与液相之间的相界面（S ／L ）。 本章主要从物理化学的角度对有关固体界面及其一些问题作简要介绍。  2007年度诺贝尔化学奖获得者德国科学家格 哈德•埃特尔，以表彰他在“固体表面化学过 程”研究中作出的贡献。  进行了表面化学的开创性研究，建立了表面化 学的研究方法。  通过表面化学过程的研究，向人们展示不同实 验过程产生表面反应的全貌，如铁为什么生锈、 燃料电池如何工作、汽车内催化剂如何工作等。  表面化学反应对于许多工业生产起着重要作用， 例如人工肥料的生产。表面化学甚至能解释臭 气层破坏，半导体工业也是与表面化学相关联 的领域。  格哈德•埃特尔的工作：氢在金属表面的吸附 作用、氨合成的分子机理和固体表面的催化过 程等  4.1 固体的表面及其结构  4.2 润湿与粘附  4.3 粘土-水系统性质* 4.1 固体的表面及其结构  4.1.1 固体的表面  4.1.2 固体的表面结构 4.1.1 固体的表面  1.理想表面  2.清洁表面  （1）台阶表面  （2 ）弛豫表面  （3 ）重构表面  3.吸附表面  4. 固体的表面自由能和表面张力  5. 表面偏析  6. 表面力场 1、理想表面 没有杂质的单晶，作为零级近似可将清洁表面理 想为一个理想表面。这是一种理论上的结构完整的二 维点阵平面。 忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影 响，忽略了表面原子的热运动、热扩散和热缺陷等， 忽略了外界对表面的物理化学作用等。 这种理想表面作为半无限的晶体，体内的原子的 位置及其结构的周期性，与原来无限的晶体完全一样。 (图4.1.1 理想表面结构示意图) 图4.1.1 理想表面结构示意图 2、清洁表面 清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、 杂质扩散等物理化学效应的表面。这种清洁 表面的化学组成与体内相同，但周期结构可 以不同于体内。根据表面原子的排列，清洁 表面又可分为台阶表面、弛豫表面、重构表 面等。 （1）台阶表面( 图4.1.2 ) 台阶表面不是一个平面，它是由有规则的或不 规则的台阶的表面所组成 [110] [111] [112] 周期 图4.1.2 Pt （557 ）有序原子台阶表面示意图 （2 ）弛豫表面(图4.1.3，图4.1.4 ) 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，称为表面弛豫。 图4.1.3 弛豫表面示意图 图4.1.4 LiF(001)弛豫 表面示意图，· Li 〇F （3 ）重构表面( 图4.1.5 ) 重构是指表面原子层在水平方向上的周期 性不同于体内，但垂直方向的层间距则与体 内相同。 a s a