11.固液界面的微观结构

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1、固液界面的微观结构固液界面微观结构分类：根据用显微镜观察生长着的晶体的界面状况，可以将其微观结构分为两类，即光滑界面和粗糙界面光滑界面：1.从显微尺度来看，光滑界面呈参差不齐的锯齿状，界面两侧的固液两相是截然分开的，在界面的上部，所有的原子都处于液体状态，在界面的下部，所有的原子都处于固体状态，即所有的原子都位于结晶相晶体结构所规定的位置上。2.这种界面通常为固相的密排晶面。由于这种界面呈曲折的锯齿状，所以又称为小平面界面。3.当从原子尺度观察时，这种界面是光滑平整的。光滑界面图2.19：1.原子尺度看：a)界面光滑平整，b)固液两相截然分开，c)界面上固相原子位于固相晶体结构所规定的位置

2、上，d)形成平整的原子平面2.在光学显微镜下，光滑界面由曲折的若干小平面组成，所以又称为粗糙界面：1.从原子尺度观察时，这种界面高低不平，并存在几个原子间距厚度的过渡层。在过渡层中，液相和固相的原子犬牙交错的分布着1.由于过渡层很薄，在光学显微镜下，这类界面是平直的，又称为非小平面界面除了少数透明的有机物之外，大多数材料包括金属材料是不透明的，因此不能依赖直接观察的方法确定界面的性质那么如何判断材料界面的微观结构类型呢，杰克逊对此进行了深入的研究当晶体与液体处于平衡状态时的固液界面：当晶体与液体处于平衡状态时，从宏观上看，其界面是静止的。但是从原子尺度看，晶体与液体的界面不是静止的，每一时

3、刻都有大量的固相原子离开界面进入液相，同时又有大量液相原子进入固相晶格上的原子位置，与固相链接起来，只不过两者的速率相等。光滑界面和粗糙界面的定义：1.设界面上可能具有的原子位置数为，其中个位置为固相原子所占据，那么界面上被固相原子占据位置的比例为，被液相原子占据的位置比例则为。2.如果界面上有近50%的位置为固相原子所占据，即，这样的界面即为粗糙界面。3.如果界面上有近0%或100%的位置为晶体原子所占据，则这样的界面称为光滑界面界面的平衡结构应当是界面能最低的结构当在光滑界面上任意添加原子时其界面自由能的变化可以用下式表示：式中，为波尔茨曼常数，是熔点，是杰克逊因子取不同的值作与的关系

4、线2.191.当时，在处，界面能处于最小值，即相当于相界面上的一半位置为固相原子所占据，这样的界面即对应于粗糙界面；2.当时，在靠近0处或1处，界面能最小，即相当于界而上的原了位置有极少量或极大量为固相原子所占据，这样的界面正是对应于光滑界面。各种材料的杰克逊因子和界面性质：1.纯金属与合金和某些有机物的杰克逊因子，其固液界面为粗糙型界面，2.许多有机化合物的，其固液界面为光滑型界面3.少数材料如和氢化物晶体等的，处于中间状态，情况比较复杂，其固液界面呈混合型，且与界面的取向有关