第二章 固体表面的物理化学特征ppt课件.ppt

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1、第二章固体表面的物理化学特征PV/NCUPV/NCU内容提要固体表面的结构固体表面的吸附固体表面原子的扩散PV/NCU2.1固体表面的结构固体分类晶体：长程有序非晶体：短程有序，1～2nm内原子分布仍有一定的配位关系，原子间距和成键健角等都有一定特征键分类分子键：范德瓦尔斯键，最外层电子饱和共价键离子键氢键：PV/NCU2.1固体表面的结构常见金属晶体结构面心立方密排六方体心立方PV/NCU2.1固体表面的结构FCC(100)：4断键，表面能高FCC(111)：3断键，表面能低表面：断键不同，表面能不同，表面能各向异性PV/NCU2.1固体表面的结构表面：固体材料与气体或液体的分

2、界面界面：多晶材料内部成分、结构相同尔取向不同的晶粒之间的界面相界：固体材料中成分、结构不同的两相之间的界面固体材料的界面PV/NCU2.1固体表面的结构理想表面：理论上认为的结构完整的二维点阵平面，表面的原子分布位置和电子密度和体内的一样。理想表面忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响，也忽略了表面上原子的热运动以及出现的缺陷和扩散现象、表面外界环境的作用等。通常把晶体的解理面认为是理想表面，实际不存在。清洁表面：指在特殊环境中经过特殊处理后获得的表面，是不存在吸附、催化反应或杂质扩散等物理、化学效应的表面。例如，经过诸如离子轰击后的表面。固体的理想表面和清洁表面PV/N

3、CU2.1固体表面的结构表面附近的原子排列总是趋于能量最低的稳定状态。达到这个稳定状态的方式有两种：固体的理想表面和清洁表面－清洁表面的结构自行调整，使表面原子排列状况与材料内部明显不同；依靠表面成分的偏析、表面对外原子（分子）的吸附这两者的相互作用而趋于稳定态，因而使表面成分与材料内部不同。晶体表面的成分与结构都不同于晶体内部，经过大概4～6个原子层之后才能与体内基本相似，所以晶体表面实际只有几个原子层的范围PV/NCU2.1固体表面的结构固体的理想表面和清洁表面－清洁表面的结构几种清洁表面的结构和特点PV/NCU2.1固体表面的结构固体的理想表面和清洁表面－清洁表面的结构PV

4、/NCU2.1固体表面的结构固体的理想表面和清洁表面－清洁表面的结构PV/NCU2.1固体表面的结构固体的理想表面和清洁表面－清洁表面的结构TLK模型单晶表面的TLK模型已被低能电子衍射（LEED）等表面分析结果所证实PV/NCU2.1固体表面的结构固体的理想表面和清洁表面－清洁表面的结构TLK模型T：低晶面指数的平台L：单分子或原子高度的台阶K：单分子或原子的扭折点缺陷：表面原子的活动能力较体内大，形成点缺陷的能量小，因而表面上的热平衡点缺陷浓度远大于体内。位错：位错只能终止在晶体表面和晶界上，不能终止在晶体内部。因此位错往往在表面露头。位错附近的原子平均能量高于其它区域的能量

5、，容易被杂质原子所取代。如果是罗型位错的露头，则在表面形成一个台阶。PV/NCU2.1固体表面的结构固体的理想表面和清洁表面－清洁表面的结构位错露头PV/NCU2.1固体表面的结构固体的理想表面和清洁表面－清洁表面的结构严格地说，清洁表面不存在任何的污染的化学纯表面，即不存在吸附、催化反应或者杂质扩散等一系列物理、化学效应的表面。制备清洁表面很困难。在几个原子层的范围内的清洁表面，其偏离三维周期性结构的主要特征应该是表面弛豫、表面重构和台阶结构。PV/NCU2.1固体表面的结构固体的理想表面和清洁表面－表面弛豫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

6、子的这种移动，称为表面弛豫最明显处为第一层原子与第二层之间距离的变化；越深入体相，弛豫效应越弱，并且迅速消失。PV/NCU2.1固体表面的结构固体的理想表面和清洁表面－表面弛豫负弛豫：表面层间距缩短，大部分表面。例，Al(110)正弛豫：表面层距离增大。Cu（110）交替变化：某些体心立方金属的表面，其弛豫的正负自表向内可能交替地改变，即自外向里的几个表面原子层的层间距是收缩、膨胀交替变化的。表面弛豫主要取决于表面断键－悬挂键的情况，对杂质、缺陷、外来吸附很敏感。PV/NCU2.1固体表面的结构固体的理想表面和清洁表面－表面重构表面重构：在平行基底的表面上，原子的平移对称性与体内

7、显著不同，原子位置做了较大幅度的调整。这种表面结构称为表面重构。表面重构使表面结构发生质的变化。在很多方面，其在降低表面能方面比表面弛豫有效的多。PV/NCU2.1固体表面的结构固体的理想表面和清洁表面－表面重构表面重构分类：列缺型重构：表面周期性的缺失原子列造成的超结构。重组型重构：并不减少表面原子数，但却显著地改变表面的原子排列方式。该类重构发生在共价键晶体或者有较强共价成分的混合键晶体中。重组型重构常会同时伴有表面弛豫而进一步降低能量，仅就对表面结构的影响程度而言，表面弛豫