表面基础理论教程.ppt

润湿液体与固体表面接触时的表面现象，可以用液滴在表面上的散开程度表征润湿程度。润湿与不润湿！ 接触角 2.2 金属表面现象 体系自由能降低，缩小界面张力！ 2.2 金属表面现象 黏着固体与固体接触时的表面现象，产生两个新的表面消耗的能量称为黏附功，表征固体与固体吸引强度！ 接触状况：紧密接触 润湿性：润湿好，黏着强 固溶性：不同金属间的固溶 表面活化：提高黏着强度 2.2 金属表面现象 金属表面反应： 气固反应：沉积、大气腐蚀、渗碳、脱碳！ 液固反应：金属的溶解、液体热处理、电化学！ 固固反应：石墨与钢的反应！ 离子-固反应：离子氮化、离子注入！ 2.2 金属表面现象 2.3 表面缺陷与扩散 2. 表面扩散 1. 表面缺陷模型 表面扩散：原子或分子沿表面的二维迁移！ 单个原子跳跃几个晶格后越过一个平台！ 吸附原子沿边缘的长度方向扩散！ 空位被表面原子填充形成扩散！ 2.3 表面缺陷与扩散 表面改性技术 教师：强颖怀 学院：材料学院 第二章 表面基础理论 表面晶体学 2.1 金属表面现象 2.2 表面缺陷与表面扩散 2.3 2.1 表面晶体学 1.固体表面 界面一般指两相交界处，严格来讲固-固、液-液、固-液、气-液、固-液交界处皆为界面。 固体表面通常指固-气界面或固-液界面，一般由凝聚态物质靠近气体或真空的一个或几个原子层组成。 表面原子排列与内部不同 表面组成与内部不同 2.理想表面 理想表面是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。 忽略周期性势场的中断 忽略缺陷、扩散、热运动 忽略外界环境影响 2.1 表面晶体学 ??fcc structure 2.1 表面晶体学 ??bcc structure 2.1 表面晶体学 ??hcp structure 2.1 表面晶体学 无缺陷的晶体被分成两个半无限大的晶体，分割前后的原子排列、电子密度不变；表面原子能量大于内部，既为表面能。 2.1 表面晶体学 自行调整：结构改变，原子排列和内部不同！ 成分调整：表面成分偏析、对外来原子的吸附！ 2.1 表面晶体学 3.清洁表面 清洁表面指没有被其它任何物质污染，也没有吸附任何不是表面组分的其它原子或分子的表面，是我们在预处理后中想要得到的表面。 晶体表面是原子排列面，有一侧无固体原子键合，形成了附加的表面能。从热力学来看，表面附近的原子排列总是趋于能量最低的稳定状态。 清洁表面成分和结构与内部不同，要4-6个原子过渡！ 2.1 表面晶体学 表面驰豫：表面的原子周期性突然破坏，表面上的原子会发生相对于正常位置的上、下位移以降低体系能量，表面上原子的这种位移称为表面驰豫。 2.1 表面晶体学 Unrelaxed Surface 2.1 表面晶体学 Relaxed Surface (d1-2 dbulk ) 2.1 表面晶体学 Relaxation is a small and subtle rearrangement of the surface layers which may nevertheless be significant energetically, and seems to be commonplace for metal surfaces. It involves adjustments in the layer spacings perpendicular to the surface , there is no change in the periodicity parallel to the surface. 2.1 表面晶体学 表面重构：平行基底的表面上，原子的平移对称性与体内显著不同，原子位置作了较大幅度的调整。 对称也改变 2.1 表面晶体学 The reconstruction of surfaces is a much more readily observable effect, involving larger (yet still atomic scale) displacements of the surface atoms. It occurs with many of the less stable metal surfaces (e.g. it is frequently observed on fcc(110) surfaces), but is much more prevalent on semiconductor surfaces. 2.1 表面晶体学 Unlike relaxation, the phenomenon of reconstruction involves