信阳师范大学：《材料科学基础》课程教学资源（PPT课件）第五章 表面结构与性质

第五章表面结构与性质 5.1固体的表面及其结构 5.2固体的界面及其结构 5.3润湿与粘附 5.4测定固体表面成分和结构的方法

第五章 表面结构与性质 5.1 固体的表面及其结构 5.2 固体的界面及其结构 5.3 润湿与粘附 5.4 测定固体表面成分和结构的方法

材料制备及使用过程发生的种种物理化学变化，都是由 材料表面向材料内部逐渐进行的，这些过程的进行都依 赖于材料的表面结构与性质； ◆人们平时遇到和使用的各种材料其体积大小都是有限 的，即材料总有表面暴露在与其相接触的介质内。 相互接触的界面上或快或慢地会发生一系列物理化学 作用。产生表面现象的根本原因在于材料表面质点排 列不同于材料内部，材料表面处于高能量状态

材料制备及使用过程发生的种种物理化学变化，都是由 材料表面向材料内部逐渐进行的，这些过程的进行都依 赖于材料的表面结构与性质； ◆ 人们平时遇到和使用的各种材料其体积大小都是有限 的，即材料总有表面暴露在与其相接触的介质内。 相互接触的界面上或快或慢地会发生一系列物理化学 作用。产生表面现象的根本原因在于材料表面质点排 列不同于材料内部，材料表面处于高能量状态

◆2007年度诺贝尔化学奖获得者德国科学家格哈德埃特 尔，以表彰他在“固体表面化学过程”研究中的贡献。 ◆通过表面化学过程的研究，向人们展示表面反应的全 貌，如铁为什么生锈。 ◆表面化学反应对于许多工业生产起着重要作用，例如 人工肥料的生产。 ◆格哈德埃特尔的工作：氢在金属表面的吸附作用、氨 合成的分子机理和固体表面的催化过程等

◆ 2007年度诺贝尔化学奖获得者德国科学家格哈德•埃特 尔，以表彰他在“固体表面化学过程”研究中的贡献。 ◆ 通过表面化学过程的研究，向人们展示表面反应的全 貌，如铁为什么生锈。 ◆ 表面化学反应对于许多工业生产起着重要作用，例如 人工肥料的生产。 ◆ 格哈德•埃特尔的工作：氢在金属表面的吸附作用、氨 合成的分子机理和固体表面的催化过程等

生活中的表面现象 固体的界面可一般可分为表面、界面和相界面： 1)表面：表面是指固体与真空的界面。 2)界面：相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。 3)相界面：相邻相之间的交界面称为相界面。 相界面有三类：固相与固相的相界面(S/S); 固相与气相之间的相界面(S/V); 固相与液相之间的相界面（S/L)。 本章主要从物理化学的角度对有关固体界面及其一些问 题作简要介绍

生活中的表面现象 固体的界面可一般可分为表面、界面和相界面： 1）表面:表面是指固体与真空的界面。 2）界面:相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。 3）相界面:相邻相之间的交界面称为相界面。 相界面有三类: 固相与固相的相界面（S／S）； 固相与气相之间的相界面（S／V）； 固相与液相之间的相界面（S／L）。 本章主要从物理化学的角度对有关固体界面及其一些问 题作简要介绍

5.2固体的表面及其结构 ·一、固体的表面 ·二、固体的表面结构

5.2 固体的表面及其结构 • 一、固体的表面 • 二、固体的表面结构

固体和液体一样都有表面，亦具有表面能。但在通常 状况下因固体的非流动性使固体表面比液体表面要复 杂得多。 >固体表面通常是各向异性的，固体的外形与环境及所经历的 历史有关。固体表面常处于热力学非平衡状态。它趋向于热力 学平衡态的速度是极其缓慢的，固体可被加工成各种形状。 >固体表面相与其体相内部的组成和结构有所不同，同时还存 在各种类型的缺陷以及弹性形变等

固体和液体一样都有表面，亦具有表面能。但在通常 状况下因固体的非流动性使固体表面比液体表面要复 杂得多。 ➢ 固体表面通常是各向异性的，固体的外形与环境及所经历的 历史有关。固体表面常处于热力学非平衡状态。它趋向于热力 学平衡态的速度是极其缓慢的，固体可被加工成各种形状。 ➢ 固体表面相与其体相内部的组成和结构有所不同，同时还存 在各种类型的缺陷以及弹性形变等

一、固体的表面 固体表面的结构和性质在很多方面都与体内完全不同。 ·例如晶体内部的三线平移对称性在晶体表面消失了。 所以，一般将固体表面称为晶体三维周期结构和真空之 间的过渡区域。这种表面实际上是理想表面，此外还有 清洁表面、吸附表面等

一、固体的表面 固体表面的结构和性质在很多方面都与体内完全不同。 ⚫ 例如晶体内部的三线平移对称性在晶体表面消失了。 所以，一般将固体表面称为晶体三维周期结构和真空之 间的过渡区域。这种表面实际上是理想表面，此外还有 清洁表面、吸附表面等

一、固体的表面 （1)理想表面 （2)清洁表面 （3)吸附表面 ● (4)固体的表面自由能和表面张力 ，（5)表面偏析 ·（6)表面力场

一、固体的表面 • （1）理想表面 • （2）清洁表面 • （3）吸附表面 • （4）固体的表面自由能和表面张力 • （5）表面偏析 • （6）表面力场

(1)理想表面 没有杂质的单晶，可近似将清洁表面理想为一个理想 表面。这是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。 ◆忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响； ◆忽略了表面原子的热运动、热扩散和热缺陷等； ◆ 忽略了外界对表面的物理化学作用等

（1）理想表面 没有杂质的单晶，可近似将清洁表面理想为一个理想 表面。这是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。 ◆ 忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响； ◆ 忽略了表面原子的热运动、热扩散和热缺陷等； ◆ 忽略了外界对表面的物理化学作用等

(2)清洁表面 清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散 等物理一化学效应的表面。 ◆这种清洁表面的化学组成与体内相同，但周期结 构可以不同于体内。根据表面原子的排列，清洁表面 又可分为台阶表面、弛豫表面、重构表面等

（2）清洁表面 清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散 等物理—化学效应的表面。 ◆ 这种清洁表面的化学组成与体内相同，但周期结 构可以不同于体内。根据表面原子的排列，清洁表面 又可分为台阶表面、弛豫表面、重构表面等