《表面与界面》PPT课件

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1、杨锋材料科学与工程学院无机材料科学基础第五章表面与界面第五章表面与界面7/19/2021界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。表面与界面相界面、界面、表面概述：常见的界面有：1.气-液界面2.气-固界面3.液-液界面4.液-固界面在固-固界面中还可以分为晶界和相界面：晶界:结构相同而取向不同的晶体相互接触时，其相互接触的界面称为晶界。相界面:如

2、果相邻晶粒不仅取向不同，而且结构成份也不同（即代表不同的二个相），则其相互接触的界面称为相界面。55.固-固界面界面晶体和玻璃体：假定任一个原子或离子都处在三维无限连续的空间中，周围对它作用完全相同。钠硅玻璃结构氯化钠晶体结构实际上晶体和玻璃体：处于物体表面的质点，其环境和内部是不同的，表面的质点由于受力不均衡而处于较高的能阶，所以导致材料呈现一系列特殊的性质。例如：石英的粉碎。1kg直径为10-2米变成10-9米，表面积和表面能增加107倍。650kg的水升高一度的能量物理性质：熔点、蒸汽压、溶解度、吸附、润湿和烧结等（微小晶体蒸汽压增大、熔点降低、溶解度增

3、加，表面上存在着吸附等现象）化学性质：化学活性、催化、固相反应等（反应能力增加、存在表面化学反应等）►表面与界面的组成和结构对其性能有着重要的影响。突出作用：薄膜与多层膜、超晶格、超细微粒与纳米材料等新材料5.1晶体表面的形貌与结构5.2晶体中的平移界面与孪晶界面5.3无机材料中的晶界与相界5.4胶体分散体系与纳米材料中的界面第五章表面与界面7/19/2021第5.1节晶体表面的形貌与结构5.1.1晶体表面的形貌5.1.3晶体表面的缺陷5.1.4实际晶体的表面5.1.5陶瓷材料中气孔表面的空位浓度5.1.2晶体表面的结构7/19/2021d内部表面理想表面示意

4、图理论上结构完整的二维点阵平面。理论前提：1、不考虑晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响；2、不考虑表面原子的热运动、热扩散、热缺陷等；3、不考虑外界对表面的物理-化学作用等；4、认为体内原子的位置与结构是无限周期性的，则表面原子的位置与结构是半无限的，与体内完全一样。理想表面1、固相表面的不均一性（1）由于晶体是各向异性的，因而同一个晶体可以有许多性能不同的表现。（2）同一种固体物质由于制备和加工条件不同也会有不同的表现性质。（3）实际晶体的表面由于晶格缺陷，空位或位错，而造成表面的不均一性。（4）由于表面会吸附外来原子而引起固体表面的不均一性。固体表面的

5、不均一性，使固体表面的性质悬殊较大，从而增加了固体表面结构和性质研究的难度。12真实表面的特征由于固体表面质点排列的周期重复性中断，使处于表面边界上的质点力场对称性破坏，表现出剩余的键力，这就是固体表面力场。在晶体内部，质点处在一个对称力场中。但在晶体表面，质点排列的周期性重复中断，表面上的质点一方面受到内部质点的作用，另一方面又受到性质不同的另一相中物质分子（原子）的作用，使表面质点的力场对称性被破坏，表现出剩余的键力，这就是固体表面力的来源。表面力可分为：范德华力、长程力、静电力、毛细管表面力、接触力等。2、表面力场13（1）范德华(vanderWalls

6、)力：一般是指固体表面与被吸附质点（例如气体分子）之间相互作用力。主要来源于三种不同效应：a）定向作用。主要发生在极性分子（离子）之间。b）诱导作用。主要发生在极性分子与非极性分子之间。c）分散作用。主要发生在非极性分子之间。对于不同物质，上述三种力都会存在，只是那一种强弱的问题。（2）长程力：它是二相之间的分子引力通过某种方式加合和传递而产生的，本质上仍是范德华力。14（3）静电力：在二相表面间产生的库仑作用力。一个不带电的颗粒，只要它的介电常数比周围的介质大，就会被另一个带电颗粒吸引。（4）毛细管表面力：在二个表面间存在液相时产生的一种引力。粉体表面吸水并

7、产生毛细管力，会立即粘结成块。（5）接触力：短程表面力也称接触力，是表面间距离非常近时，表面上的原子之间形成化学键或氢键。表面力对材料工程有重要影响：石墨浆料陶瓷烧结15§5-1晶体表面的形貌与结构5.1.1晶体表面的形貌晶体的各向异性：不同晶面上原子的密度、配位数及键角不同，因而不同晶面的吸附性、生长、溶解度及反应活性各不相同。暴露在外的晶面一般是表面能较低的密排低指数晶面。16无约束、平衡条件下实际晶体有偏差：晶格缺陷、空位、位错邻位面：表面略微偏离低指数面的晶面粗糙面：远离低指数面的晶面平台：密排低指数晶面，其取向和完整的密排低指数面的取向一致。晶体表面

8、对密排低指数面的偏离通过平行于密排方向