《材料科学基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 晶体缺陷 3.3 表面与界面

3. 3表面与界面晶体中的表面与界面属于面缺陷在三维空间中，一个方向上的尺寸很小（原子尺寸大小），另外两个方向上的尺寸很大（晶粒数量级）的二维晶体缺陷

3.3 表面与界面 晶体中的表面与界面属于面缺陷 在三维空间中，一个方向上的尺寸很小(原 子尺寸大小) ，另外两个方向上的尺寸很 大(晶粒数量级)的二维晶体缺陷

界面：相与相之间的交界，即两相间的接触面。有固-固、液-液、固-液、固-气和液-气类型晶体材料中存在着许多界面。面缺陷类型：外表面：固体材料与气体或液体的分界面内界面：晶界、亚晶界、李晶界、相界

界面：相与相之间的交界，即两相间的接触面。 有固-固、液-液、 固-液、固-气和液-气类型。 晶体材料中存在着许多界面。 面缺陷类型： 外表面：固体材料与气体或液体的分界面 内界面：晶界、亚晶界、孪晶界、相界

固体表面力场晶体中质点的受力场是对称的。固体表面质点力场对称性被破坏存在有指向的剩余力场，使固体表面表现出对其他物质有吸引作用（如吸附、润湿等），该力称为固体表面力

固体表面力场 晶体中质点的受力场是对称的。 固体表面质点力场对称性被破坏。 存在有指向的剩余力场，使固体表面表现出对其 他物质有吸引作用（如吸附、润湿等），该力称 为固体表面力

表面力分为化学力和分子间力：化学力：当固体表面质点通过不饱和键与被吸附物间发生电子转移时，产生化学力

● 表面力分为化学力和分子间力： 化学力：当固体表面质点通过不饱和键与 被吸附物间发生电子转移时，产生化学力

范德华力（分子间力）：静电力：发生在极性物质之间。相邻两个极化电矩相互作用的力。诱导力：发生在极性与非极性物质之间。指在极性物质作用下，非极性物质被极化诱导出暂态的极化电矩，随后与极性物质产生定向作用。色散力：发生在非极性物质之间。非极性物质瞬间电子分布并非严格对称，呈现瞬间的极化电矩，产生瞬间极化电矩间相互作用。在固体表面上，化学力和范德华力同时存在

范德华力（分子间力）： ● 静电力：发生在极性物质之间。相邻两个 极化电矩相互作用的力。 ● 诱导力：发生在极性与非极性物质之间。 指在极性 物质作用下，非极性物质被极化诱 导出暂态的极化电矩，随后与极性物质产生定 向作用。 ● 色散力：发生在非极性物质之间。非极性 物质瞬间电子分布并非严格对称，呈现瞬间的 极化电矩，产生瞬间极化电矩间相互作用。 在固体表面上，化学力和范德华力同时存在

表面质点所处环境不同于内部质点，存在悬键或受力不均而处于较高能态，呈现一系列特殊的性质。引起熔点、沸点、蒸汽压、溶解度、吸附、润湿化学活性、化学反应等方面的变化有关强度、韧性、导热、导电、介电、传感、腐蚀、氧化、催化、能量交换、摩擦磨损、光的吸收与反射等与表面与界面特性密切相关

表面质点所处环境不同于内部质点，存在悬键或受 力不均而处于较高能态，呈现一系列特殊的性质。 ● 引起熔点、沸点、蒸汽压、溶解度、吸附、润湿、 化学活性、化学反应等方面的变化。 ● 有关强度、韧性、导热、导电、介电、传感、腐 蚀、氧化、催化、能量交换、摩擦磨损、光的吸收 与反射等与表面与界面特性密切相关

外表面3. 3. 1表面能(）：晶体表面单位面积自由能的增加表示法：2一dw/ds-T/LY=【被割断的结合键数/形成单位新表面]×[能量/每个键]影响的因素：(1)与晶体表面原子排列的致密程度有关。(2)与晶体表面曲率有关。曲率半径小,曲率大,愈大。(3)外部质的性质。介质不同,则不同。(4)与晶体性质有关。晶体本身结合能高，则大

3.3.1 外表面 表面能(γ）：晶体表面单位面积自由能的增加 表示法：γ= dw/ds γ= T/L γ= [被割断的结合键数/形成单位新表面]×[能量/每个键] 影响γ的因素： (1)γ与晶体表面原子排列的致密程度有关。 (2)γ与晶体表面曲率有关。曲率半径小,曲率大,γ愈大。 (3) 外部质的性质。介质不同,则γ不同。 (4)γ与晶体性质有关。晶体本身结合能高，则γ大

晶界和亚晶界3. 3. 2晶界：属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面为晶界，晶粒的平均直径通常在0.0150.25mm范围内。亚晶界：每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成，相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界，亚晶粒的平均直径则通常为0.001mm的范围内

3.3.2 晶界和亚晶界 晶界：属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面为晶界， 晶粒的平均直径通常在0.015—0.25mm范围内。 亚晶界：每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒 所组成，相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界，亚晶粒的平均 直径则通常为0.001mm的范围内

晶界示意图亚晶界示意图

确定晶界位置：(1)两晶粒的位向差0(2)晶界相对于一个点阵某一平面的夹角β。按0的大小分类：小角度晶界：10°

确定晶界位置： (1)两晶粒的位向差θ (2)晶界相对于一个点阵某一平面的夹角φ。 按θ的大小分类： 小角度晶界：θ10º