【2017年整理】5表面与界面.pptVIP

杨锋 材料科学与工程学院;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.; 界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。;常见的界面有：;　在固-固界面中还可以分为晶界和相界面： 晶界:结构相同而取向不同的晶体相互接触时，其相互接触的界面称为晶界。 相界面:如果相邻晶粒不仅取向不同，而且结构成份也不同（即代表不同的二个相），则其相互接触的界面称为相界面。;晶体和玻璃体： 假定任一个原子或离子都处在三维无限连续的空间中，周围对它作用完全相同。; 实际上晶体和玻璃体：处于物体表面的质点，其环境和内部是不同的，表面的质点由于受力不均衡而处于较高的能阶，所以导致材料呈现一系列特殊的性质。;物理性质：熔点、蒸汽压、溶解度、吸附??润湿和烧结等（微小晶体蒸汽压增大、熔点降低、溶解度增加，表面上存在着吸附等现象）;5.1 晶体表面的形貌与结构; 第5.1节 晶体表面的形貌与结构;d;1、固相表面的不均一性 （1）由于晶体是各向异性的，因而同一个晶体可以有许多性能不同的表现。 （2）同一种固体物质由于制备和加工条件不同也会有不同的表现性质。 （3）实际晶体的表面由于晶格缺陷，空位或位错，而造成表面的不均一性。 （4）由于表面会吸附外来原子而引起固体表面的不均一性。 ; 由于固体表面质点排列的周期重复性中断，使处于表面边界上的质点力场对称性破坏，表现出剩余的键力，这就是固体表面力场。 在晶体内部，质点处在一个对称力场中。但在晶体表面，质点排列的周期性重复中断，表面上的质点一方面受到内部质点的作用，另一方面又受到性质不同的另一相中物质分子（原子）的作用，使表面质点的力场对称性被破坏，表现出剩余的键力，这就是固体表面力的来源。 表面力可分为：范德华力、长程力、静电力、毛细管表面力、接触力等。 ; （1）范德华(van der Walls)力：一般是指固体表面与被吸附质点（例如气体分子）之间相互作用力。主要来源于三种不同效应： a）定向作用。主要发生在极性分子（离子）之间。 b）诱导作用。主要发生在极性分子与非极性分子之间。 c）分散作用。主要发生在非极性分子之间。 对于不同物质，上述三种力都会存在，只是那一种强弱的问题。 （2）长程力：它是二相之间的分子引力通过某种方式加合和传递而产生的，本质上仍是范德华力。; （3）静电力：在二相表面间产生的库仑作用力。一个不带电的颗粒，只要它的介电常数比周围的介质大，就会被另一个带电颗粒吸引。 （4）毛细管表面力：在二个表面间存在液相时产生的一种引力。粉体表面吸水并产生毛细管力，会立即粘结成块。 （5）接触力：短程表面力也称接触力，是表面间距离非常近时，表面上的原子之间形成化学键或氢键。 表面力对材料工程有重要影响：石墨浆料 陶瓷烧结;5.1.1 晶体表面的形貌;邻位面：表面略微偏离低指数面的晶面;5.1.2 晶体表面的结构;清洁表面;表面弛豫---;说明： 1. MX离子晶体在表面力作用下，处于表面层的负离子X在外侧不饱和，负离子半径大，极化率大，容易极化形成偶极子。而偶极子的正电荷端受内部阳离子的排斥，导致阴离子在表面层前进。; NdCl晶体表面离子重排结果： ①正离子的配位数下降，6 5； ②表面形成厚度为0.02nm的双电层； ③晶体表面好象被一层负离子所屏蔽。; 半径不同的负离子与正离子形成的颗粒的性质不同（双电层厚度、硬度）： 极化率愈大，变形愈大，双电层愈厚，表面能下降愈多，其程度主要取决于离子极化性能。;表面效应：最外层的双电层对次内层发生作用，并引起内层离子的极化与重排，这种作用随着向晶体内部推移而衰减。可以达到的深度与阴、阳离子的半径差有关。如NaCl半径差大可延伸到第5层，小的2～3层。;5.1.3 晶体表面的缺陷;吸附表面;5.1.4 实际晶体表面;★表面微裂纹 微裂纹会使应力集中，起着应力倍增器的作用，对材料强度影响显著。 葛里菲斯（Griffith）材料断裂应力与微裂纹长度的关系式： 高强度材料，弹性模量和表面能大， 微裂纹尺寸应小。