固体表面与界面行为

1、固体表面与界面行为二、晶体外表构造 外表不同于内部构造可以外表微观质点的排列状况和外表状态方面 外表力存在使固体是较高能量状态但系统通过各种途径降低过剩ml量，导致外表构造极化变表和原来晶格的畸变。 固体，形式极化变形降低外表能如图P55三、粉体外表构造粉体：微细的固体微料集合体大小此外表积材料工艺中，原料加工成微细颗粒以利于成型和烧结。粉体制备：反复粉碎形成一系列新外表金离子极化变形重排畸变有序性降低，随粒子的微细化从外表增大，无序性增大并向纵深开展，不影响内部构造外表层的无定形构造和粒度极小的微晶构造的玻璃外表构造。 玻璃外表力场同晶体类似，玻璃内能 晶体内能外表力场作用更为明显。 玻璃外

2、表化学成分构造中内部质点的性质，外表相对率，化学稳定性，结晶倾向和强度不同。 外表构造性质取决于材料的离子Pb2+、Sn2+ 、Sb2+、Ca2+、Zn2+等离子极化性质的差并进入外表层的离子对其影响不同。四、固体外表的构造固体实际外表为不平坦的1具有不同厚度的解方2局部具有一系列的断口3数目不多的原子吸附和晶体及解方外表上，外表粗糙度和裂纹。 实际外表由于吸附出现不同的变化外表裱一层吸附膜所复道。如玻璃外表K+取代Na+产生压应力提高其机械强度，工业玻璃参加Na2O、CaO、X2O等其中外表构造系为K+取代Na+从面外表产生一层压应力，提高其机械强度。6-2 外表能及外表张力 1外表能 每形

3、成一个新外表环境，对系统做功外表离子比内部离子能量高。2外表张力 沿外表作用在单位长度上的力N/m3液体外表能与外表张力数值相等单位一样即液体不能承受剪切应力无塑性变形，但固体能承受剪切应力外力作用表现的外表积增加引有部长变成塑性形变，因而固体外表能及外表张力不相等。 固体外表张力，通过向外表增加附加原子，从适应新外表时所作可递功。 4液体外表张力 依外表能定义，T、P及组分不变时每增加一个单位机关报外表所需做功，那么V为外表能。液体外表张力=液体外表能 其中，外表张力为作用在单位和长度缩小面积作用于固体或液体边界限垂直于边界限方向指外表内部或作用于固体液外表上任一条直线垂直于该线方向指向液面

4、外表方向指向线单侧的拉力，如是向那么方向通过作用点与外表相切这种力使液体缩小外表积呈球形。 1、固体自由能固体外表能指过剩界面自由能用0表示，以每单位面积计算的过剩界面层身由能2、晶体外表能的理论计算固体外表能与晶格能的关系设:(v)sv:一个原子外表及内部两种状态内能差Vib,Vis：第个原子在内部和外表上时与最邻近原子的作用能。ib,is ：第原子在内部和外表时最邻近原子的数目。体积自由能过剩界面层自由能那么：期中结论：1V0与晶格能U0成正比2 V理论 V实际原因：真实外表有极比松弛，重排造成ib配位数降低即也降低所以由公式实际V0也降低。没有考虑外表台阶，实验外表积故V实际降低3、固体

5、外表能与环境关系 T外表能V0介质不同，外表能数值不同4、固体外表张力 外表张力外表能且前者大于后者，外表张力即可递分为外表能及塑性变性两局部。 1、吸附物质外表具有不饱和价键，能吸引其它原子或离子，本质为力场作用，由于吸附外表能降低为一自发过程。由于吸附n:s增加外表原子增加V0即吸附降低外表能 吸附两种类型: 物理吸附:范德华力 放热小几个单分子层 化学吸附:化学结合力 放热大 单分子层 氧分压与外表能的关系：即氧压增大，外表张力下降等于吸附增强。6-4 吸附粘附 2、吸附对外表构造及性能影响1加NaCl型的Nib吸附后，由配位数与变成6成为八面体构造，构造趋于稳定。2外表构造改变硅酸盐外

6、表吸附水膜形成硅酸基团。3吸附可以降低材料机械强度Rm : 断裂强度r0 : 外表能a : 原子间距r0 那么Rm 3、粘附粘附：互相接触的外表产生吸引1粘附力A、B两种材料粘附一起粘附功WAB ：A、B两界面的外表能 AB ：AB之间的外表能 粘附功：剥开单位粘附面积所需作功，粘附功W大那么VAB小，两者结合粘附结实 相似外表易于粘附，一般金属排登陆艇它们之间的吸附层且具足够的塑性变形可出现率固粘附即为冷焊。4、实际外表构造硅酸盐外表由于吸附都带有硅酸基团，吸附水而成水膜。 1、晶界的产生 多晶材料中，晶粒大小，形状毫无规那么晶粒与晶粒之间由于取向不同，出现边界，即为晶界2、晶界特点 晶介处

7、能量较高有应力形成空位，位错等缺陷，晶界可以将移动晶本长大，再结晶相变，烧结都晶界移动。3、晶界构造据两晶粒之间偏差可分为： 据晶界两连原子的连贯性可分为：6-5 晶界 小角度晶界大角度晶界连贯晶界半连贯晶界大连贯晶界4、晶界能与外表能关系晶界能总小于两个相邻的二晶粒外表能之和，因二个晶粒外表层原子之间会有强烈的相互作用如无作用那么应该相等。5、晶界对材料性质和材料物理化学性能的影响A、降低材料机械强度B、晶界能够富集杂质原子C、晶界原子能量较高可以成为高温传质过程的快速通道。6、晶界应力晶界应力 晶界应力与热彭胀系数温度变化原底d成正比，如热膨胀为各向同性即 =0,=0。如产生应力那么晶粒越

8、大，应力愈大强度越差，搞热冲击性也差。1、弯曲外表附加压力外表张力的存在造成弯曲外表上产生附加压力 如右图一根毛细管向其中吹气在管端形成一半径为气泡压力增大，气泡体积增大相应外表积增加，阻碍其体积增加的阻力为由于扩大外表积所需总外表能为抑制此外表张力环境做功为6-6弯曲外表 对于非球形外表可以设 式中r1,r2为曲面的主曲半径附加压力P：A、当曲面为凸面时，r为正值，P为正值B、当曲面为凹面时，r为负值，P为负值，即r值有正负之分导致P正负值。2、弯曲外表饱和蒸冷压在温度下时液体与其饱和蒸气平衡液体对于气体蒸汽为理想流体其摩尔体积 代入式6-5 代入式6-4 此式即为凯尔文方程式中：V：外表张

9、力 M：液体分子量 P：液体的密度 ：弯曲外表率半径 R：全体常数 ； T：绝对温度；P0，P0：平外表时液体所受压力及饱和蒸气压力P0；P1，P1：弯曲外表时即液体与散成半径为液体时所受压力及饱和蒸气压P1。 如弯曲外表为非球面时：由此式得，曲面附加压力引饱和蒸气压变化曲面半径越小引起蒸汽变化与愈大。1、润湿 外表与界面之间形成液-固-气，固-固-液，固-固-气三种体系，其中转为重要的是液-固-气系统润湿：液体与固体接触，使固体外表能下降的现象。润滑角：液体外表张力LV与固液界面张力SL之间夹角。SV，SL，LV，分别为液-固-气、固-液，固-气之界面张力第2晶界构型车小节不讲6-6 润湿分相分布 2、晶界构型晶界形状也由外表张力相互关系决定多晶体构造，多晶体晶界形状1固-固-固相晶界交汇处均为固相，此时多晶体面中，每一个晶界相交角度均为120所有晶体断面的有规律六角形状，晶界以120相等，能量D趋于最稳定系统的总界