界面性质和结构选编.ppt

界面的宏观性质和微观结构;重点： §5 曲率半径对平衡参量的影响 §8 界面相变熵和界面的平衡结构;§1 界面能和界面张力;固体的自由表面可以看作为晶体结构周期的一种二维缺陷。处在晶体内部的原子或离子，受到最近邻的和次近邻的原子或离子的对称力场的作用。但处在晶体表面的原子或离子，受到的是一个不对称力场的作用。 表面上原子（离子）的键是不饱和 ?? 影响界面附近原子（离子）组合的几何图形、电子结构、点缺陷以及线缺陷的分布。;;液－汽界面和液－液界面;;接触角－界面张力?Lv和 ?SL的夹角;§3 弯曲界面的相平衡;具有表面的系统的自由能;表面张力对平衡条件的影响;室温?＝73达因/cm2 1大气压＝106达因/cm2 r 10-3mm，才需考虑表面张力引起的附加压强;面元abcd的面积 A＝r1?1?r2?2 面元A向?相位移dr，则该面元的面积为 A’＝( r1+dr)?1?(r2+dr)?2;定义： 曲率中心在晶体中，称晶体的界面为凸形，曲率半径取正号；反之，曲率半径取负号。;r 0 ??凝固较难，熔化较易 r 0 ??凝固较易，熔化较难;;p’;r0 ?? p’p 若系统中的实际饱和蒸汽压是平界面的平衡蒸汽压p， 则对凸形的晶体来讲是不饱和的，?凸形的晶体趋于升华；若系统中的实际蒸汽压是曲面的平衡蒸汽压p’，则对平界面的晶体来说是过饱和的， ?平界面的晶体趋于生长。;三、界面曲率对饱和浓度的影响－溶液生长系统;很小;;界面曲率对平衡参量的影响 物理解释？;;§6 晶体的平衡形状;具有立方对称性的界面能极图;当晶体的尺寸为微米量级?hi?10-6m ? ?1020kT ?10-30m3 此驱动力约为~2x10-4kT通常使晶体生长所需的驱动力 ?吉布斯将平衡形态理论的适用范围局限于尺寸非常微小的晶体;奇异面：界面能极图中能量曲面上出现最小值的点（尖点）。该点所对应的晶面称为奇异面。 奇异面是低指数面，也是密积面。 邻位面：奇异面邻近的晶面 非奇异面：其它取向的晶面;§7 邻位面与台阶的平衡结构;二、台阶的扭折化;三、台阶平衡结构;扭折的符号 人沿台阶方向前进，规定人的左边的界面比右边高;a过程：从扭折处将一个原子移到台阶上的孤立位置，破坏一个原子键（能量2?1），产生2个扭折； b过程：自台阶任一位置将原子移到台阶上另一孤立位置，破坏二个键（能量4 ?1），产生4个扭折； c过程：自台阶上的扭折位置将原子移到另一台阶的扭折位置，破坏的键数为零（不需能量），无扭折产生. ?一个扭折的形成能为 ?1。;在台阶上任一位置形成正、负扭折的相对几率为; T?0K， 扭折间距?? 扭折密度为0 有限温度，台阶上存在扭折;§8 界面相变熵和界面的平衡结构;;考察一单元系统：生长单元是单个原子;问题的提出： 假定原界面层中N个原子全为流体原子，求当其中有NA个原子转变为晶相原子所引起的系统吉布斯自由能的改变?G ?求?G 关于x的函数。;单原子层模型 假设：流体原子间、流体原子与晶相原子间无相互作用；仅晶相原子间有相互作用;A、内能的改变 流体原子转变为晶相原子形成键合;;B、熵的改变;界面层内的原子座位数为N，其中NA个为减小原子占有，N－NA个为流体原子占有，可能的组合方式有W个;;考虑气相生长： 与气相体积相比，晶相体积可以忽略（同为NA个原子） 气相近似为理想气体;若： T＝TE 又由 ?＝2?o+?1;;考虑熔体生长： ?v可忽略 T＝TE（熔体生长时生长温度接近凝固点）;溶液生长的热力学系统为二元系统或多元系统 泰勒等、克尔等的推广;;吉布斯自由能最小?系统平衡态?相应的 x 值确定界面的平衡结构;;面心立方晶体：?＝12 {111}：?1＝6??1/?=1/2 {100}：?1＝4??1/?=1/3;二、熔化熵;三、界面相变熵与环境相;熔体生长：界面微观结构?熔化熵 汽相生长：界面微观结构?汽化熵;?（熔体生长系统） ?（溶液生长系统） 粗糙界面（熔体）?光滑界面（溶液）;银铋系统：界面相变熵是溶液中银的原子百分浓度的函数！ 纯银: {111} ?=0.57 银原子百分浓度9at.%： ?2;银铋系统：界面相变熵是溶液中银原子百分浓度的函数！ 纯银: {111} ?=0.57 银原子百分浓度9at.%： ?2;四、温度对界面平衡结构的影响;五、弥散界面－特姆金多层界面模型;假定： 晶相原子只能坐落在晶相原子的顶部位置，第n+1层晶格座位的晶相原子必定位于第n层晶格座位的晶相原子上面； 由于晶相原子朝向流体相方向的浓度逐步减小，?cn+1?cn;;;;;;;;(2)流体在过冷状态下，?值对界面结构的影响。 生长体系在流体过冷状态下，??0，这时?0。通过参量?在界面上附加了一个驱动力，整个平面被划分为A