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湖南工学院 第五章 表面和界面作业及答案 1、任何表面系统都有自发降低其表面能的趋势。液体和固体分别采用什麽方式来降低 其表面能？ 解：液体总是通过改变表面的形状，力图形成球形表面来降低系统的表面能。 而晶体由于质点不能自动流动，只能借助于晶体表面结构的改变来降低表面能：一 是表面质点自行调整，原子排列情况与材料内部明显不同；二是依靠表面的成分片析和 表面对外来原子或分子的吸附以及这两者的相互作用而趋向稳定态，因而使表面组分与 材料内部不同。 2 、表面、晶界、相界有何区别？ 解：表面：把一个相和它本身蒸汽接触的分界面称之。 晶界：多晶材料中相同化学组成与结构的晶粒之间的界面称之。 相界：把一个相和另一个相接触的分界面称之。 3、简述无机固体材料的理想表面、清洁表面和真实表面。 解：1）理想表面：没有杂质的单晶，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。 这种理想表面作为半无限的晶体，体内的原子的位置及其结构的周期性，与原来 无限的晶体完全一样。 2 ）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。 3 ）真实表面：它是在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围空 间吸附在表面上的质点所构成的表面。根据原子在基底上的吸附位置，一般可分为四种 吸附情况，即顶吸附、桥吸附、填充吸附和中心吸附等。 4 、固体表面的驰豫与无机超细粉体性能之间有何关系？ 解：由于固相的三维周期性在固体表面处突然中断，表面上原子产生的相对于正常 位置的上、下位移，称为表面弛豫。 材料物理化学 湖南工学院 粉体：微细的固体微料集合体，原料加工成微细颗粒以利于成型和烧结。粉体制备：反 复粉碎形成一系列新表面。而离子极化变形重排畸变有序性降低，随粒子的微细化从表 面增大，无序性增大并向纵深发展，不断影响内部结构，最后使粉体表面结构趋于无定 形化。 一种认为粉体表面层是无定形结构。一种认为粉体表面层是粒度极小的微晶结构。 所以在无机超细粉体上可以发生表面驰豫现象。 5、何谓多晶晶界？晶界的结构特征如何？ 解：由形状部规则和取向不同的晶粒构成多晶体，多晶体中晶粒和晶粒之间的界面 为多晶晶界。 由于晶界上两个晶粒的质点排列取向有一定差异，两者都力图使晶界上的质点排列 符合于自己的取向，当达到平衡时，就形成某种过渡的排列方式。晶界上的质点具有一 定规律排列，但比正常晶格的规律性要差，存在着很多空位、位错与键变形等缺陷，处 于高能阶状态，因此具有些特殊性质。 晶界特点： 1）质点排列偏离了理想点阵，属于面缺陷。 2 ）由于能量高，容易富集杂质，使晶界处熔点低于晶粒。 3 ）质点容易迁移，是扩散的快速通道。 4 ）晶界是固态相变时的优先成核区域。 5 ）晶界结构疏松，容易受腐蚀（热腐蚀、化学腐蚀等）。 6、陶瓷原料球磨时，湿磨的效率往往高于干磨，如果再加入表面活性剂，则可进一步 提高球磨效率，试分析这些效率的机理。 解：陶瓷原料球磨时，当加入水和表面活性剂时，表面活性剂在水中溶解，并且按 着一定的结构排列，会在陶瓷原料和球上进行吸附、润湿，减少了陶瓷原料和球的摩擦， 因此提高了球磨效率。 7、什麽是润湿？影响湿润的因素有那些？ 解：固体与液体接触后，体系（固体+液体）的吉布斯自由能降低时，称之。 （1）固体表面粗糙：当真实接触角小于 90 芳时，粗糙度越大，表面接触角越小，就 材料物理化学 湖南工学院 越容易湿润；当真实接触角大于 90 度，则粗糙度越大，越不利于湿润。 ⑵ 吸附膜：吸附膜的存在使接触角增大，起着阻碍作用。 2 2 8、在真空条件下Al O