《材料表面与界面》课程教学资源（PPT课件）第4章 无机非金属材料的表界面 4.1 陶瓷表界面

第4章 无机非金属材料的表界面

第4章 无机非金属材料的表界面

无机非金属材料的表界面区的化学组成和微观 结构都与总体有较大的差异，并具有一些总体没有 的特殊性。正是这种差异对材料的表观性质产生了 显著的影响，因此，了解无机非金属材料的表界面 的结构、组成与其物理、化学性质的关系，对设计 新材料、赋予材料新的功能等具有重要的意义

无机非金属材料的表界面区的化学组成和微观 结构都与总体有较大的差异，并具有一些总体没有 的特殊性。正是这种差异对材料的表观性质产生了 显著的影响，因此，了解无机非金属材料的表界面 的结构、组成与其物理、化学性质的关系，对设计 新材料、赋予材料新的功能等具有重要的意义

4.1陶瓷表界面 陶瓷材料为无机非金属粉末晶体在一定条件下形 成的多晶聚集体。多晶聚集体集合方式是依靠单个 晶粒表面态的聚集和晶界，因此晶体的表面和晶界 的结构特征对陶瓷材料的性质有着重要的影响，甚 至是决定性的

陶瓷材料为无机非金属粉末晶体在一定条件下形 成的多晶聚集体。多晶聚集体集合方式是依靠单个 晶粒表面态的聚集和晶界，因此晶体的表面和晶界 的结构特征对陶瓷材料的性质有着重要的影响，甚 至是决定性的。 4.1 陶瓷表界面

4.1.1晶体的表面与界面 凝聚相与气相之间 表面 的分界面称为表面，凝 聚相之间的分界面称为 界面。不同凝聚相之间 的分界面称为相界面， 同一相的晶粒之间的分 界称为晶粒间界，简称 晶界。 理想表面示意图

凝聚相与气相之间 的分界面称为表面，凝 聚相之间的分界面称为 界面。不同凝聚相之间 的分界面称为相界面， 同一相的晶粒之间的分 界称为晶粒间界，简称 晶界。 表面 d 内部 理想表面示意图 4.1.1晶体的表面与界面

一、理想表面 口动能高的电子，能够穿透表面势垒，形成表面过 剩电子，并和表面下未补偿的正电荷构成表面偶 极层（亦称双电层）。电子穿透到表面外的深度， 可以用测不准关系式来估计： h h △P√2m.E 口式中，△z和△P分别表示坐标和动量的不定量；h 为表面外深度。则有： ▣对于金属，E≈5eV,得到△z≈0.1nm

一、理想表面  动能高的电子，能够穿透表面势垒，形成表面过 剩电子，并和表面下未补偿的正电荷构成表面偶 极层(亦称双电层)。电子穿透到表面外的深度， 可以用测不准关系式来估计：  式中，∆z和∆P分别表示坐标和动量的不定量；h 为表面外深度。则有：  对于金属，E≈5eV，得到∆z≈0.1nm。 2 e h h z P m E  = 

原子弛豫 ▣ 表面区原子位置也会发生弛豫 ▣ 如在NaCI晶体中，半径较大的C形成面心 立方密堆积，而半径较小的Na+分布在八面 体的空隙中。由于C之间的排斥作用，表面 的C被推向体外，而Na+则被拉向体内，形 成表面偶极层。 ▣在许多金属氧化物中，也都存在双电层 口这对其吸附、润湿、腐蚀和烧结都有影响

原子弛豫  表面区原子位置也会发生弛豫  如在NaCl晶体中，半径较大的Cl-形成面心 立方密堆积，而半径较小的Na+分布在八面 体的空隙中。由于Cl-之间的排斥作用，表面 的Cl-被推向体外，而Na+则被拉向体内，形 成表面偶极层。  在许多金属氧化物中，也都存在双电层  这对其吸附、润湿、腐蚀和烧结都有影响

2、清洁表面 口定义：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。 经特殊处理，保持1010~10-Pa的超高真空下 的状态：弛豫、重构、偏析 (111) (110) (100) fcc品体不同晶面

2、清洁表面  定义：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。  经特殊处理，保持10-10~10-9Pa的超高真空下 的状态：弛豫、重构、偏析

▣清洁表面的获得 During treatment Final >解离 脆性材料(ZnO、 NaCl、Si Cleavage GaAs >加热 b Heating 金属 Q >化学处理 于反应性气体中加热 Chemical processing (去除W表面的C) >离子溅射+退火 lon sputtening

➢ 离子溅射+退火  清洁表面的获得 ➢ 解离 脆性材料（ZnO、 NaCl、Si、 GaAs） ➢ 加热 金属 ➢ 化学处理 于反应性气体中加热 （去除W表面的C）

2.1、弛豫 定义：表面区原子或离子间的距离偏离体内 的晶格常数，但晶胞结构基本不变。 12 do d34 理想表面 弛豫

2.1、弛豫  定义：表面区原子或离子间的距离偏离体内 的晶格常数，但晶胞结构基本不变。 a0 d0 a0 理想表面 弛豫

0.020nm C:库伦排斥力 Na+: 吸引力 NaCl 晶体 口表面5层的离子 重新排布 (100) >表面电矩 晶面 >表面能下降 0.281nm 0.266nm

➢表面能下降 Cl-：库伦排斥力 Na+：吸引力 表面5层的离子 重新排布 NaCl 晶体 (100) 晶面 ➢表面电矩 0.281nm 0.266nm 0.020nm