《固体表面》PPT课件

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1、第五章固体表面固体：能承受一定应力的刚性物体。常温下有一定的体积和形状。9/8/20211第五章固体表面5.1固体的表面特性（特征）固体的表面状态（常温常压有限时间间隔内），决定于其形成历史及存在的环境。借助多种观测手段（手摸，尺量，放大镜，显微镜，电子显微镜），可观测或识别到：表面原子排列的不完整，不规则性。表面能量的不均匀性。第五章固体表面5.1.1固体表面原子的活动性液体表面的分子（原子）：1）处于激烈的运动中；2）表面上的原子（分子）与液体内部的分子及气态分子间成动态平衡。固体表面的分子（原子）：运动受到束缚，不能自由移动。9/8/20212第五章固体表面表面分子的平均寿命

2、根据气体分子运动论，当表面（液气，固气）分子与其蒸气分子达到动态平衡时，每秒钟撞击在1cm2表面上的气态分子数（或物质的量）用以下公式计算：N＝或n＝P：表面蒸气压,M：摩尔质量,No：Avogadro常数,R：气体常数第五章固体表面表面蒸气压PN（分子/cm2s）n(mol/cm2s)表面分子平均寿命水（25℃）饱和3.17kPa1×10210.0210－6s铜（725℃）0.13Pa————1小时（103秒）钨（25℃）10－35Pa1×1017——1024年取水的分子截面积为0.1nm2，则1cm2水面上约有1015个分子。9/8/20213第五章固体表面表面分子在二维表面上

3、的活动根据Einstein扩散定律，扩散系数D与时间t及分子（原子）的平均位移x的关系为:D＝x2/2t(cm2/s)若表面原子位移10nm(100Å)铜温度Dt25℃（固态）10-391019年725℃（固态）10-110.1S通常情况下，固体表面原子的可动性比液体小很多。提高温度可大大增加表面原子的移动性。第五章固体表面9/8/20214第五章固体表面5.1.2固体表面的粗糙性观察表面粗糙程度的方法：光学显微镜，电镜定量描述：探针法观测垂直切分表面时的断面，并用图表示。抛光后（研磨后）铝的断面表面如右图：第五章固体表面粗糙度（粗糙因子）XY:实际固体的表面面积AB:分子水平上完

4、全平滑的表面.AB的位置：XY在AB上下的面积相等,则粗糙度（粗糙因子）γ=XY/AB固体表面（割面）示意图9/8/20215第五章固体表面固体实际表面积的测定：气体吸附法等固体理想表面积的测定：根据实际固体的体积，固体密度等计算一些固体表面粗糙度如表平均粗糙度平分线AB与峰与谷的平均距离固体γ测定方法一次清洗的玻璃珠1.6气体吸附法二次清洗的玻璃珠2.2气体吸附法完全清洗的玻璃珠5.4染料吸附法银箔5双层电容法酸洗过的银箔1.5双层电容法电抛光的钢1.12气体吸附法第五章固体表面9/8/20216第五章固体表面5.1.3固体表面的不完整性非晶体：质点杂乱无序，象液体，但无流动性晶

5、体：几乎所有的晶体其表面都会因多种原因而呈现不完整性，表面点缺陷，位错，非化学比.晶体表面的几何结构分析面心立方结构(100)、(110)、(111)三个低指数面上原子的分布，可看出原子排布不同。结构决定了晶体是各项异性的。(11第五章固体表面9/8/20217第五章固体表面1、表面点缺陷点缺陷类似于晶体体相的点缺陷，主要有空位（Schottky缺陷）和间隙离子（Frenkel缺陷）两类第五章固体表面9/8/20218第五章固体表面2、线缺陷刃错位：原子晶面相互滑动时，滑动与不动间产生的位错螺旋错位：原子晶面旋转位移时，则产生螺旋错位。由于螺旋错位的产生，在晶体表面上常形成台阶及不

6、规则的棱、边和角.第五章固体表面9/8/20219第五章固体表面3、非化学比化合物氧化锌中含有稍过量的锌，四价钛的氧化物中缺氧，这种化学比与化合物的化学式存在偏差的化合物叫非化学比化合物。固体表面缺陷所形成的不完整性对化学吸附，多相催化作用，表面烧结，活性固体的制备等都有重要意义。第五章固体表面9/8/202110第五章固体表面根据表面势能分布，可将固体表面分为均匀表面和不均匀表面:均匀表面：表面任何吸附中心间的能量波动相同不均匀表面:表面吸附中心间的能量波动不相同第五章固体表面5.1.4固体表面的不均匀性在KCl晶体（100）面上，一个氩原子在a,b,c,d不同位置上的吸附势能：

7、a=-6.65kJ/mol,b=-5.48kJ/mol,c=-6.06kJ/mol,d=-5.31kJ/mol9/8/202111第五章固体表面5.1.5表面裂纹表面裂纹因晶体缺陷或外力而产生。表面裂纹在材料中起着应力倍增器的作用，使位于裂纹尖端的实际应力远大于所施加的应力。第五章固体表面5.1.6固体的真实表面表面科学中定义的清洁表面是指高真空中制备，并存放在高真空中的表面。真实表面指并非像清洁表面那样简单的表面。1、金属的真实表面加工应变层：在制备表面时所产生的应