最新5.1-3表面与界面讲解教学讲义PPT.ppt

《最新5.1-3表面与界面讲解教学讲义PPT.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、5.1-3表面与界面讲解例如：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143倍。由于高分散系比低分散系能量高得多，必然使物系由于分散度的变化而使性质方面有很大差别。物理性质：熔点、沸点、蒸汽压、溶解度、吸附、润湿和烧结等化学性质：化学活性、催化、固相反应等总述理想晶体和玻璃体实际晶体和玻璃体理想晶体和玻璃体：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。实际晶体和玻璃体：处于物体表面的质点，其境遇和内部是不同的，表面的质点由于受力不均衡而处于较高的能阶，所以

2、导致材料呈现一系列特殊的性质。2.固体表面力场晶体中每个质点周围都存在着一个力场，在晶体内部，质点力场是对称的。但在固体表面，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，称之为固体表面力。定义：表面力的分类：(1)范德华力(分子引力)(2)长程力(1)范德华力(分子引力)是固体表面产生物理吸附或气体凝聚的原因。与液体内压、表面张力、蒸汽压、蒸发热等性质有关。来源三方面：定向作用力FK(静电力)，发生于极性分子之间。诱导作用力FD，发生于极性与非极性分子之间。分散作用力FL

3、(色散力)，发生于非极性分子之间。表达式：F范＝FK＋FD＋FL1/r7说明：分子间引力的作用范围极小，一般为3～5A0。当两个分子过分靠近而引起电子层间斥力约等于B/r3,故范得华力只表现出引力作用。(2)长程力：属固体物质之间相互作用力，本质仍是范德华力。按作用原理可分为：A.依靠粒子间的电场传播的，如色散力，可以加和。B.一个分子到另一个分子逐个传播而达到长距离的。如诱导作用力。二、晶体表面结构1.离子晶体表面超细结构(微观质点排列)显微结构(表面几何状态)固体表面力——表面层结构不同于内部表面力的作

4、用下液体－力图形成球形固体－表面能量较高系统通过不同途径来降低剩余能量导致表面极化、变形、重排等，并引起晶格畸变，导致结构差异说明：(1)离子晶体MX在表面力作用下，处于表面层的负离子X在外侧不饱和，负离子极化率大，通过电子云拉向内侧正离子一方的极化变形来降低表面能。这一过程称为松弛，它是瞬间完成的，接着发生离子重排。NaCl晶体离子晶体表面的电子云变形和离子重排NaCl晶体离子晶体表面的电子云变形和离子重排(2)从晶格点阵稳定性考虑作用力较大，极化率小的正离子应处于稳定的晶格位置而易极化的负离子受诱导极化偶

5、极子排斥而推向外侧，从而形成表面双电层。重排结果使晶体表面能量趋于稳定。(3)NaCl形成双电层厚度为0.02nm,在Al2O3、SiO2、ZrO2等表面上也会形成双电层。(4)当表面形成双电层后，它将向内层发生作用，并引起内层离子的极化和重排，这种作用随着向晶体的纵深推移而逐步衰减。表面效应所能达到的深度，与阴、阳离子的半径差有关，差愈大深度愈深。(5)离子极化性能愈大，双电层愈厚，从而表面能愈低。应用：硅酸盐材料生产中，通常把原料破碎研磨成微细粒子(粉体)以便于成型和高温烧结。分析面心立方结构(100)、

6、(110)、(111)三个低指数面上原子的分布。(112.晶体表面的几何结构实验观测表明：固体的实际表面是不规则和粗糙的，最重要的表现为表面粗糙度和微裂纹。表面粗糙度：(1)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。(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。表面裂纹因晶体缺陷或外力而产生。表面裂纹在材料中起着应力倍增器的作用，使位于裂纹尖端的实际应力远大于所施加的应力。格里菲斯关于微裂纹的公式：表面裂纹表面张力表面上存在

7、的一种力图使表面积缩小的张力，称为表面张力表面张力作用在表面上任意一条线的两侧，垂直于该线，沿着表面方向指向线两侧表面张力单位：N/m三、固体的表面能和表面张力水的表面张力甚至能够托起一枚金属曲别针水表面的水分子紧紧靠拢在一起，有一种相互吸引的力，这就是水的表面张力奇特的表面张力现象小水珠为什么成圆珠状？由热力学原理：表面张力γ称：表面张力从热力学角度来看是指等温、等压条件下单位面积的自由能也即：表面增大单位长度所需要的力N/m表面能表层原子与内部原子状态不同，表面原子能量高于体内原子能量。如果要把一个原子从

8、内部移到表面，增大表面积，就必须克服体系内部原子之间的吸引力而对体系作功表面能：恒温、恒压下，表面增大单位面积所需作的功；增加单位表面积体系自由焓的增量(J/m2)单位面积的能量和单位长度的力是等因次的（J/m2=N×m/m2=N/m）ub为破坏化学键所需能量us为表面能2.离子晶体的表面能r0为0K时的表面能；LS为1m2表面上的原子数；nis、nib分别表示第i个原子在晶体表面和晶体体内最邻近的