第三章 表面与界面VIP免费

DepartmentofMaterialsScienceandEngineeringApplyingMaterialsInnovationtoEnergyandEnvironmentalProblems...第三章表面与界面第三章表面与界面目的：了解表面与界面的基本概念，深层次理解表面自由能与结构间的关系；表面自由能对其它各项物理与化学性能的影响。DepartmentofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyofChina第三章表面与界面3.1基本概念3.2固体表面自由能的计算3.3表面曲率效应3.4表面能与界面的杂质偏析（Gibbs吸附等温线）3.5固体的表面吸附3.6表面自由能的测量3.7界面间自由能间关系DepartmentofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyofChina3.1基本概念表面：包括相界面与晶界晶界:凡结构相同而取向不同的晶体相互接触，其接触界面称为晶界。界面：相邻晶粒不仅取向不同，而且结构、组成也不相同，即它们代表不同的两个相，则其间界称为相界面或者界面。表面张力：使体相停止生长或者表面收缩的力。γ=F/2L;γ=(△G/△A)T,P表面自由能:使体相停止生长的能量或者断开的能量。△G=-SdT+Vdp+γdADepartmentofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyofChina晶界和界面都是缺陷集中之地，面缺陷：原子排列不规则，结构比较疏松，不同与体相的性质等。吸附杂质原子结构疏松，易腐蚀原子or离子的快速通道应力集中之地熔点较低相变优先成核催化的活性中心、酸碱中心DepartmentofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyofChina3.2固体表面自由能的近似计算1.单质晶体的规整面的表面自由能表面同体相最大区别：表面有断键或者悬键。表面的张力可以由表面的悬键来计算：（1）键能：ε=△Hs/(0.5ZNA)△Hs—升华能；Z—配位数；NA—阿福加德罗常数（2）悬键数：以面心立方（111）面为例配位数：12（面内配位6，上下面各为3）每个表面原子悬键数为n=3.DepartmentofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyofChina1.单质晶体的规整面的表面自由能（3）单位面积内原子数：三角形面积内原子数为2面积为4×31/2r2单位面积原子数为3-1/2/2r2（4）表面自由能为：4rr32AsAsZNaHarZNHrnr2111211121113442,2/5.03232/321DepartmentofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyofChina（100）面表面自由能15.1/85.0222411110021002100100AsAsZNaHZNHaAN不同的规整面表面自由能不同；实际晶体表面能小于计算的结果，这是由于原子的重构；固体界面：共格、半共格、非共格之分。DepartmentofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyofChinadd0d理想表面结构图弛豫表面示意图弛豫表面示意图垂直方向上周期不同垂直方向上周期不同DepartmentofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyofChinad0d0asa重构表面示意图重构表面示意图水平方向上周期性不同水平方向上周期性不同DepartmentofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyofChina离子晶体表面双电层离子晶体表面的电子云变形和离子重排DepartmentofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyofChina氯化钠表面的双电层NaCl晶体(100)面表面双电层DepartmentofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyofChina晶体周期性被破坏，引起表面附近的电子波函数发生变化，进而影响晶体周期性被破坏，引起表面附近的电子波函数发生变化，进而影响表面原子的排列，新的原子排列又影响电子波函数，此相互作用最后表面原子的排列，新的原子排列又影响电子波函数，此相互作用最后建立起一个与晶体内部不同的自洽势，形成表面势垒。当一部分动能建立起一个与晶体内部不同的自洽势，形成表面势垒。当一部分动能较大的电子在隧道效应下穿透势垒，表面将形成双电层较大的电子在隧道效应下穿透势垒，表面将形成双电层。。金属表面双电层金属材料表面的双电层DepartmentofMate...