《材料物理学》粉体表面结构.pptx

3、粉体表面结构粉体在制备过程中，由于反复地破碎，不断形成新的表面。表面层离子的极化变形和重排使表面晶格畸变，有序性降低。因此，随着粒子的微细化，比表面增大，完整晶粒在颗粒总表面上所占的比例减少，键力不饱和的质点（原子、分子）占全部质点数的比例增多，结构的有序程度受到愈来愈强烈的扰乱并不断向颗粒深部扩展，最后使粉体表面结构趋于无定形化。两种模型:无定形结构；粒度极小的微晶结构。

无定型结构的实验验证：（1）石英的相变吸热峰的面积随SiO2粒度的变化而变化。（2）石英的密度值随粒度的变化而变化。无定型结构的实验验证：精确的X射线和电子衍射研究发现，其X射线谱线不仅强度减弱而且宽度明显变宽。

4、玻璃表面结构玻璃表面组成与内部显著不同在熔体转变为玻璃体的过程中，为了保持最小表面能，各成分将按其对表面自由能的贡献能力自发地转移和扩散。在玻璃成型和退火过程中，碱、氟等易挥发组分自表面挥发损失。因此，即使是新鲜的玻璃表面，其化学成分、结构也会不同于内部。这种差异可以从表面折射率、化学稳定性、结晶倾向以及强度等性质的观测结果得到证实。

对于含有较高极化性能的离子如Pb2+、Sn2+、Cd2+等的玻璃，其表面结构和性质会明显受到这些离子在表面的排列取向状况的影响。这种作用本质上也是极化问题。例如铅玻璃，由于铅原子最外层有4个价电子（6S26P2），当形成Pb2+时，因最外层尚有两个电子，对接近于它的O2-产生斥力，致使Pb2+的作用电场不对称，Pb2+以2Pb2+?Pb4++Pb0方式被极化变形。玻璃中的极化离子会对表面结构与性质产生影响。

在常温时，表面极化离子的电矩通常是朝内部取向以降低其表面能。因此常温下铅玻璃具有特别低的吸湿性。但随温度升高，热运动破坏了表面极化离子的定向排列，故铅玻璃呈现正的表面张力温度系数。不同极化性能的离子进入玻璃表面层后，对表面结构和性质会产生不同的影响。

实验观测表明，固体实际表面是不规则而粗糙的，存在着无数台阶、裂缝和凹凸不平的峰和谷。这些不同的几何状态同样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。5、固体表面的几何结构

（1）不同晶面上原子密度不同(11面心立方结构(100)、(110)、(111)三个低指数面上原子的分布

结晶面表面密度最邻近原子次邻近原子面心立方（111）0.90766（100）0.78544（110）1.55522结晶面、表面原子密度及邻近原子数：

使表面力场变得不均匀，其活性及其它表面性质也随之发生变化。(2)直接影响固体表面积，内、外表面积比值以及相关的属性。(密度、润湿、孔隙率和孔结构、透气性、渗透性)(3)与两种材料间的封接和结合界面间的啮合和结合强度有关。表面粗糙度：色散力：位于凹谷深处的质点，其色散力最大，凹谷面上和平面上次之，位于峰顶处则最小；静电力：位于孤立峰顶处应最大，而凹谷深处最小。

表面微裂纹是由于晶体缺陷或外力作用而产生。微裂纹同样会强烈地影响表面性质，对于脆性材料的强度这种影响尤为重要。脆性材料的理论强度约为实际强度的几百倍，正是因为存在于固体表面的微裂纹起着应力倍增器的作用，使位于裂缝尖端的实际应力远远大于所施加的应力。葛里菲斯（Griffith）建立了著名的玻璃断裂理论，并导出了材料实际断裂强度与微裂纹长度的关系R为断裂强度，C为微裂纹长度，E为弹性模量，α是表面自由能。表面微裂纹

表面界面现象与性质1.弯曲表面效应（毛细管现象、饱和蒸汽压、熔点、溶解度）2.表面反应能力和表面化学反应3.吸附与固体表面改性4.润湿与黏附

剖面图剖面图剖面图任何曲面中凸面一侧的压力大于凹面一侧的压力，使曲面向凸面的曲率中心方向移动。曲率半径越小的颗粒，自由能减少也越大，收缩的趋势也越大。

一、弯曲表面效应1、曲面上的附加压力如右图所示，毛细管内有一段水柱，假定不考虑地心引力的作用，当用一个外压P1将液体压出下面管口时形成一个半径为r的球形小液滴并达平衡，该液滴周围空气的外压为P0；继续施加外压，使小液滴体积增大dV，表面积增加dA，重新达到平衡。p1

(1)附加压力在上述过程中，力的平衡可用下式表示：式中?P表示某种使液滴回缩的力。外压P1对液柱所作功为：P1dV同时液滴体积增大对外作功为：P0dV因此液体净得功为：(P1-P0)dV=?PdV所得之功用于克服