材料表面与界面(2-1)ppt课件.ppt

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1、材料的表面与界面SurfacesandInterfacesinMaterials第2章材料表面与界面的基础知识第2章材料表面与界面的基础知识固态界面的定义:固体材料的界面可以被定义为与两个固体紧密相连并将这两个固体隔离开来的与被分隔固体具有不同性质的二维薄层。被分割的两个固体可以是同种物质，也可以是不同种物质。界面层的厚度一般在几个原子层厚，当界面层厚度较大时，一般称之为界面相或界面层。固体材料的表面是与其周围的环境（通常指气体）所形成的特殊界面，在环境为真空时为理想状态下固体材料的表面。重点介绍有关“固—气

2、”和“液—气”的表面问题和“固—固”和“固—液”的界面问题的基础知识。表面和界面能量和结构是表面和界面研究的最基础问题，因此本章将从能量和结构两方面来介绍表面与界面的有关基础知识。Surface,interface,grainboundary,interfacialphase,interfaciallayer,coherentinterface,incoherentinterface.第2章材料表面与界面的基础知识研究液体晶体结构的基本假设：（1）组成液体的原子（或分子）分布均匀、连贯、无规则；（2）液体中没有

3、晶态区域和能容纳其它原子或分子的孔洞；（3）液体的结构主要由原子间形成的排斥力所决定。因此可以使用固态“刚性球”模型解决液体结构问题。液体结构中近邻原子数一般为5~11个（呈统计分布），平均为6个，与固态晶体密排结构的12个最近邻原子数相比差别很大。这种配位数的差别是液态与固态结构差别的重要特征之一。液体结构的这种刚性球自由密堆（DenseRandomPacking，简称DRP）还可以用间隙多面体来表示，其中原子处在多面体间隙的顶点Crystalstructure,long-rangeorder,short-r

4、angeorder,disorder,Coordinationnumber,2.1液体的表面2.1.1液体的结构第2章材料表面与界面的基础知识2.1液体的表面2.1.1液体的结构液体自由密堆结构的5种理想间隙：(a)四面体间隙；(b)八面体间隙；(c)三棱柱的侧表面被覆盖3个半八面体间隙；(d)阿基米德反棱柱被覆盖2个半八面体间隙；(e)正方十二面体。(a)(b)(c)(d)(e)第2章材料表面与界面的基础知识2.1液体的表面2.1.1液体的结构由73%个四面体间隙和20%个八面体间隙组成的自由密堆结构的最大致

5、密度为64%。与之相比，67%个四面体间隙和33%个八面体间隙组成的晶体密排结构的最大致密度可以达到74%在刚性球模型中5种多面体间隙出现的比例多面体间隙种类数量百分比（%）体积百分比（%）四面体73.048.4二分之一八面体20.326.9三棱柱3.27.8阿基米德反棱柱体0.42.1正方十二面体3.114.8第2章材料表面与界面的基础知识2.1液体的表面2.1.1液体的结构液体的原子结构可以用X射线衍射方法进行实验测定。测定结果通常用径向分布函数来表征。为了将自由密堆模型与实验结果进行对比，我们来看一下材料

6、从其熔点开始加热过程中原子的变化行为。在0K温度时，一个具有密堆结构的面心立方晶体中，每个原子被其周围与其径向距离为r=re的12个最近邻原子所包围（在双原子模型中，r为两原子间距离，re为势能最低时的两原子间距）；被与其径向距离为r=21/2re的6个次近邻原子所包围；被与其径向距离为r=31/2re的24个远近邻原子所包围001020re2rer(a)N(r)面心立方晶体（T=0K）0K温度时具有密堆结构的面心立方晶体的原子径向分布函数RadialDistributionFunction(RDF)第2章材料

7、表面与界面的基础知识2.1液体的表面2.1.1液体的结构随着温度升高（低于材料熔点Tm），原子间距增加，原子震动幅度提高，但仍然保持有序结构。这时的原子数量的变化不再是一系列离散的线，所以再用原子数量（N(r)）来表示不同径向距离（r）处原子的分布就显得不太合适，而通常采用的方法是用在不同径向距离（r）处原子出现的密度来表示。用密度分布函数ρ(r)（Densitydistributionfunction）来代替离散的数量值N(r)时，分布函数的峰值就代表了在距离中心原子r处原子出现的概率。在较高温度（低于熔点T

8、m）时具有密堆结构的面心立方晶体的原子径向密度分布函数面心立方晶体（T