《材料表面与界面》课程教学资源（PPT课件）第八章 金属材料的表面 8.1 金属材料概述 8.2 金属的表面及表面反应 8.3 金属表面上分子的吸附态

第八章金属材料的表面 参考书：赵文轸著，金属材料表面新 技术，西安交通大学出版社，1992.11

第八章 金属材料的表面 参考书：赵文轸著，金属材料表面新 技术，西安交通大学出版社，1992.11

一、金属材料概述 二、金属的表面及表面反应 三、金属表面上分子的吸附态 四、金属的表面腐蚀 五、金属的表面改性

金属材料概述 据统计，世界上85%的化学制品要靠催化反应 制得，80%以上的化学工业涉及催化技术，催 化技术是化学工业的核心技术，而催化材料是 催化技术的灵魂 金属催化实际上就是气体或液体在金属表 面上的吸脱附反应-一金属催化材料 ●催化剂的世界销售额超过100亿美元/年，催化 技术所带来的产值达百倍以上。在发达国家由 催化技术直接和间接的贡献达到20-30%GDP

金属表面： 金属晶体从三维的规整点阵到体外空间之间的 过渡区域。 清洁表面 表面粗糙度，表面存在大量的活性晶格点，残 余应力，表面氧化和吸附。一一一 真实表面 表2-4机械加工面的表面粗糙度Ra 工方法Ra(l0-cm 悸擦 2925 珩 磨 1050 拉 拔 25~400 刀位锈 40-400 研 磨 50-250 削 300~600 闲2-9金属表面晶格缺格

总是由若干种原子排列不同的晶面组成的， 0.32 对于晶体，使用Kelvin公式时，y值和曲率半径r的确 0.59 定可以利用Wuff提出的关于晶体平衡形状的半经验规律 伏夫认为，虽然各品面的表面自由能各不相同，但是根据能 量最低原则，一定体积的固体必然要构成总的表面白由能最 (a) (c 低的形状。因此他提出：各晶面总的表面白由能应与该晶面 的内接圆半径成正比，这可用图2-3中假设的二维晶休来 说明.如果晶休全部取(10)二维空间的话，因10为 2.5×10-J/cm,所以总的表面白由能为4×1× 2.5×10-3=10灯（图2-3(a).如果全部取(11)二维空 间的话，因(11)面的自由能y11为2.25×10打/cm,所 以总的表面白由能为4×1×2.25=9×10y(图2-3(b). 图2-3假设二维高体的构方 图2-3(c)表示晶体由(10)及(11)两种晶面构成，总的 (a)(10)品面边长1cm: 表面自由能为4×0.32×2.5×10-5+4×0.59×2.25× (b)41)品面边长1cm (e)由(10)和(11)组皮边 105=8.51×10J,显然此种组合自由能较低.图2-3(d) 长0.3cm,0,59cmi 说明了（©）图形状的确定方法：由中心点引出一组矢址，方 (d)(c)的舞定方齿 向与各晶面垂直，矢量的长度与各晶面的表面白由能成正 比，在各矢量的端点作垂直于该矢量的平面，各平面相交则得到该晶休的形状.如果品休的 形状确实按伏夫的半经验规律确定，则，/r,为一常数，这一比值可用于Kelvin公式

清洁表面 清洁表面是指表面经过特殊处理后，保持在 1010~10Pa超高真空下的状态。 888888 000000 ●● ●● ●●● ●● 00000O 000OO ○OOOO○ 00000O (a)驰豫 (b)重构 (c)偏析 ● ●● in.c O0OOO O ●●●●● O00OOO 000OOO ○○○ (d)化学吸附 (e)化合物 (f)台阶

金属的真实表面： 吸附层 吸附层 氧化层 加工应变层 图8-1金属真实表面的结构示意图 表面膜层严重干扰金属表面性能实验。金属表面的研究， 首先要获得不附带任何膜层的真正金属表面

8.2金属的表面反应 ·8.2.1超点阵 ·低能电子衍射 ·Wood符号：Ni(111)-C(2×2)-0(1/4) PH2×I C2×2 图例 Wood标注法的一般规律

8.2 金属的表面反应 • 8.2.1 超点阵 • 低能电子衍射 • Wood符号：Ni(111)-C(2×2)-O(1/4)

吸附、扩散与脱附 由于固体表面上原子或 分子的力场是不饱和的，就 有吸引其它分子的能力，从 而使环境介质在固体表面上 的浓度大于体相中的浓度， 这种现象称为吸附。 金属表面吸附现象的本质： 固体表面存在剩余键力； 吸附是固体表面存在剩余键力与分子间的相互作用

吸附、扩散与脱附 当气体与清洁的固体表面接触时，在固体表面上气体的浓 度高于气相，这种现象称为吸附现象。 冬被吸附的气体称为吸附质。 冬吸附气体的固体称为吸附剂。 冬吸附质在固体表面上吸附后存在的状态称为吸附态。 ?通常吸附是发生在固体表面的局部位置，这样的位置称为 吸附中心或吸附位。 吸附中心与吸附质分子共同构成表面吸附络合物。即表面 活性中间物种