第四章固体的表面与界面-长春理工大学精品课.pdfVIP

长春理工大学材料科学与工程学院教案 第四章 固体的表面与界面 【教学目的】了解固体的表面及结构与液体的不同界面及界面行为。 基本掌握晶界理论、表面吸附、粘土-水系统性质。 【教学内容】固体表面结构、固体界面结构、界面吸附效应、粘土- 水系统性质。 【教学重点】表面结构、界面效应中的吸附和改性、泥浆的各种性 质。 【教学方法及手段】多媒体课件展示图、表 第一节 晶界类型 一.根据相邻晶粒的位向差分： 位向差大——大角度晶界 位向差小——小角度晶界 1.小角度晶界：亚晶界 单晶体中“镶嵌结构”产生小角度晶界。小角度晶界位向差小， 晶界很薄。小角度晶界形成原因是单晶体在成长过程中受热或机械 应力或表面张力作用产生的。 同号位错在同一滑移面上相互排斥 长春理工大学材料科学与工程学院教案 异号位错在同一滑移面上相互吸引。 o ） 同号位错不在同一滑移面上相互吸引。（ 45 45 倾向于刃型位错自上而下排列，形成小角度晶界。 2.大角度晶界：多晶材料之间的晶界，其结构为无定型结构，厚度 较大。 二.根据晶面两侧晶格的吻合程度分： 1.共格界面：界面两侧具有相近的原子排列和原子间距，越过晶面 原子排列是连续的，即界面上的原子同时处于相邻的晶列的晶格结 点上。 共格界面，其上结点属于界面两侧两个晶粒，但两侧的晶粒晶格常 数略有差别，通过弹性变形来协调。 孪晶（双晶）间界面为共格晶界，可通过堆垛层错产生。 A B C 孪晶 B A 2.半共格晶界 晶格间距失配度太大，弹性变形不能协调,插入刃型位错，在 界面上插入附加的半平面（引入刃型位错）形成半共格界面。 长春理工大学材料科学与工程学院教案 3.非共格晶界面： 晶界两侧结构相差太大，此时晶界结构为无定形的，为非共格 晶面。 二.晶界能 晶界比晶体内部具有过剩的能量。 晶界能：大角度晶界 小角度晶界 非共格晶界 半共格晶界 共格晶界 三.晶界应力 晶体各向异性，晶界两侧位向不同，两侧晶体沿晶界同一方向 上弹性模量、热膨胀系数不同，会产生晶界应力，若应力过大，晶 界开裂，有裂纹出现。 第二节 晶体的表面结构 表面是指晶体与真空（或与本身蒸汽）之间的界面。 一.表面对键强分布的影响： 表面的存在会影响晶体内部键强的分布。表面的键强两极分化， 最强键、最弱键都分布在表面，随离开表面距离的增大，键增强、 减弱的程度减小，表面的影响程度越来越弱，到离开表面足够远的 地方，键强已经不受表面影响了。 长春理工大学材料科学与工程学院教案 二．离子晶体的表面双电层 + + + - - - 负离子 正离子 产生表面双电层的原因是极化，半径小、电价高的正离子对半径大 的负离子极化作用大，易形成表面双电层，双电层的厚度也与极化 大小有关。由于表面被负离子所屏蔽，因而表面呈负电性。 形成表面双电层后表面能降低，而且表面双电层厚度越大，表 面能降低越多。因为表面双电层产生后，正离子受力比较均衡，而 且最表面负离子之间产生共价键结合，释放能量，使表面能量降低。 第三节 晶体的表面能 一， 表面能定义 每增加单位表面体系自由焓的增量—— （比）表面自由焓（比 表面能、表面能）