固体表面物理化学第一章复习总结.doc

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1、第一章固体材料与表面结构Ø表面物理化学性质的特殊性1、组成（成分偏析、表面吸附）2、原子排列结构（重排）、原子振动状态等3、悬挂键，化学性质活泼4、周期势场中断，表面电子状态差异Ø表面浓度(surfaceconcentration)Areaofunitcell=(0.3x10-9)2m21atomperunitcell表面原子浓度=1/(0.3x10-9)2=1.1x1019atomsm-2=1.1x1015atomscm-2体相原子浓度=3.7*1022cm-3Ø分散度随原子数增加，D下降。颗粒尺寸增加，D下降。立方八面体，催化剂理论模型中常用的颗粒形状，是热力学平衡条

2、件下表面能最低的形状。Ø表面粗糙度Ø表面形貌非均匀性1、平台2、螺型位错3、刃型位错4、8、10、外来吸附原子5、单原子台阶6、9、11、褶皱7、扭折原因：由于固体表面原子的组成、排列、振动状态和体相原子的不同，由于悬挂键导致的化学性质活泼，以及周期性的势场中断导致的表面电子状态差异，固体表面形成很多导致表面形貌非均匀性的元素。Ø位错密度位错分割平台Ø表面原子排列有序性表现在具有一定原子间距，二维周期性1、具有底物结构2、表面原子重排Ø原矢Ø米勒指数（millerindex）Ø晶面间距d（hkl）Ø晶体类型：体心立方，面心立方，简单立方表面原子最近邻数（100）（110

3、）（111）FCC（Facecentercubic）879BCC464SC543在立方晶系中，晶向和晶面垂直ØWood记号和矩阵表示（必考）100，110，111选取基矢时，若中心包含原子，则写成c（q×r）Ø矩阵表示：Ø固体表面性质简介1、相界面（Gibbs界面）2、表面热力学函数其他类推：S，G，Gs3、固体表面能的理论估算Ø表面自由能表面的分子处于一种比体相更大的自由能状态，这是由于在表面缺乏最近邻的相互作用。Ø减小表面能的方法固体的表面能总是正的，金属>氧化物>有机Ø金属表面张力估算；Ø表面原子重排机理1、表面弛豫作用2、表面相转变3、吸附对纯净底物表面结构的影响

4、层间距的变化；重组的表面结构的变化；吸附原子可以诱导表面重组Ø内外表面内表面：多孔或多层材料，孔内或层间的表面比表面积：单位质量材料的表面积；用BET方法测量1、表面能与晶粒尺寸晶面曲率半径越小，单位质量表面能越大，晶粒越不稳定，化学反应活性越大2、表面能与晶面密排面的表面能低（例如111面，体相原子12配位，表面原子9配位，断裂3个化学键）不稳定（表面能高）的晶面优先生长3、表面台阶处配位不饱和度高，最容易发生化学反应。Ø晶体的平衡形状（热力学平衡）：在一定温度下，对于给定的体积，总表面能最小的形状。（类球型）Ø表面活性剂及晶体控制生长表面活性剂分子结构的特点是具有不对

5、称性，由亲水性的极性基团和具有憎水性的非极性基团组成的有机化合物。其在溶液表面的定向排列，使表面上不饱和的力场得到某种程度上的平衡，从而降低了表面张力。（降低表面能高的表面，使得表面能低的表面暴露出来，改变了晶体生长）Ø液-固界面：润湿性部分固-气界面被液-固界面取代，这一过程称为润湿过程。（1）表面张力大于100mN/m的称为高能固体表面，固体容易被液体润湿。（2）表面张力小于100mN/m的称为低能固体表面，固体不容易被液体润湿。润湿过程可以分为三类：ü粘湿（或粘附adhesion）ü浸湿（或浸润immersion）ü铺展（spreading）1、粘附过程与粘附功指液

6、体与固体从不接触到接触，使部分液气界面和固气界面转变成新的固液界面的过程。在等温等压条件下，单位面积的液面与固体表面粘附时对外所作的最大功称为粘附功，它是液体能否润湿固体的一种量度。粘附功越大，液体越能润湿固体，液-固结合得越牢。2、浸湿过程与浸湿功在恒温恒压可逆的情况下，将具有单位表面积的固体浸入液体中，气固界面转变为液固界面的过程称为浸湿过程。（在此过程中液体的界面没有变化）。浸湿功等于此过程表面自由能变化值的负值。只有浸湿功大于或等于零，液体才能浸湿固体。浸湿功是液体在固体表面取代气体能力的一种量度。指对抗液体表面张力而产生铺展的力，又称为粘附张力A。1、铺展与铺展

7、系数铺展是指液体在固体表面上扩展过程中，“液-固”界面取代“气-固”界面的同时，液体表面也扩展的过程，体系还增加了同样面积的“气-液”界面。铺展系数S的大小表征了液体在固体表面上铺展的能力。4、当液体和固体之间的粘附张力A大于液体本身的表面张力γg-l时，液体能够在固体表面自动铺展。5、比较这3类润湿的条件可以看出，对同一个体系，Wa＞Wi＞S。因此，当S≥0时，Wa和Wi也一定大于零。这表明，如果液体能在固体表面铺展，就一定能沾湿和浸湿固体，所以，常用铺展系数S作为体系润湿的指标。Ø液-固界面:接触角与润湿方程Young’s