固體表面特征ppt課件(已修改)
2025-01-29 16:49 本頁面
【正文】 第二章 固體表面的特征 教學(xué)目的與要求 ? 介紹表面形貌的概念 ， 掌握表征表面形貌的參數(shù)及其計算方法 ， 了解表面形貌的測量方法； ? 介紹金屬表面的基本特性 ， 了解金屬表面的物理吸附和化學(xué)吸附現(xiàn)象； 教學(xué)重點、難點 ?表面粗糙度的表征和測量 表面的基本特性 表面是一個抽象的概念 ， 實際常把無厚度的抽象表面叫 數(shù)學(xué)表面 ， 把厚度在幾個原子層內(nèi)的表面叫作物理表面 ， 而把我們常說實際的固體表面叫 工程表面 。 一 、 固體表面 理想的晶體由原胞組成 ， 并具有三維周期性 。 但物質(zhì)不是無限的 ， 在晶體中原子或分子的周期性排列發(fā)生大面積突然終止的地方就出現(xiàn)了界面 ， 如固體－液體 、 固體－氣體及固體－固體的界面 ， 常把 固體－氣體 （ 或真空 ） 、 固體－液體的界面 稱為固體的 表面 。 很多物理化學(xué)過程：催化 、 腐蝕 、 摩擦和電子發(fā)射等都發(fā)生在 “ 表面 ” ， 可見其重要性 。 1. 固體表面的特點 固體表面的不均一性。 (1) 固體表面的凹凸不平 (2) 固體中晶體晶面的不均一性： 各相異性、晶面不完整 (3) 表面被外來物質(zhì)所污染，表面吸附外來雜質(zhì) (4) 制備和加工條件 表現(xiàn)在： 金屬表面的實際構(gòu)成示意圖 工程表面 對于給定條件下的表面，其實際組成及各層的厚度與表面制備過程、環(huán)境以及材料本身的性質(zhì)有關(guān)。 2. 固體表面力場 定義： 晶體中每個質(zhì)點周圍都存在著一個力場，在晶體內(nèi)部，質(zhì)點力場是對稱的。但在固體表面，質(zhì)點排列的周期重復(fù)性中斷，使處于表面邊界上的質(zhì)點力場對稱性破壞，表現(xiàn)出剩余的鍵力， 稱之為 固體表面力 。 固體中表面力分為哪幾類？ 表面力的分類： (2) 范得華力 (分子引力 ) (1) 化學(xué)力（長程力） 定向作用力 FK(靜電力 ) ：發(fā)生于極性分子之間 誘導(dǎo)作用力 FD ：發(fā)生于極性與非極性分子之間。 分散作用力 FL(色散力 ) ：發(fā)生于非極性分子之間。 F范 ＝ FK＋ FD＋ FL ? 1/r7 二、清潔表面 ? 是指不存在任何污染的化學(xué)純表面，即不存在吸附、催化反應(yīng)或雜質(zhì)擴散等一系列物理、化學(xué)效應(yīng)的表面。 ? 制備清潔表面對于表面分析，特別是對表面結(jié)構(gòu)的分析是非常重要的。 ? 可以采用真空蒸發(fā)、磁控濺射、分子束外延等方法得到比較純凈的薄膜材料，作為研究清潔表面結(jié)構(gòu)的試樣。 ? 三 、 表面結(jié)構(gòu) ? 1. 金屬的晶格類型 ? 金屬及其合金都是由原子或分子所組成的一種物質(zhì)的凝聚集態(tài) ，金屬的性能不僅取決于其組成原子的本性和原子間結(jié)合鍵的類型 ，同時也取決于原子規(guī)則排列的方式 。 ? 固態(tài)金屬規(guī)則排列的原子即稱為晶體結(jié)構(gòu) 。 ? 基本排列形式有體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。 a 體心立方晶格 b 面心立方晶格 c 密排六方晶格 晶體結(jié)構(gòu) 在常用金屬中： ? 體心立方晶格：鉻 (Cr)、 鉬 (Mo)、 鎢 (W)、 釩 (V)、 鐵(α Fe)等 。 ? 面心立方晶格：鋁 (Al)、 銅 (Cu)、 鎳 (Ni)、 鉛 (Pb)和鐵 (γ Fe)等 。 ? 密排六方晶格：鎂 (Mg)、 鎘 (Cd)、 鈹 (Be)、 鋅 （ Zn）等 。 2．晶體結(jié)構(gòu)變化 ? 晶體結(jié)構(gòu)的變化可以 改變金屬表面的摩擦特性 。 如元素鈷在加熱時 ， 晶體結(jié)構(gòu)從常溫的 密排六方 晶格轉(zhuǎn)變?yōu)?面心立方 晶格 ， 摩擦系數(shù)增大 ， 而當(dāng)溫度降到室溫時 ， 摩擦系數(shù)將減小到原來的數(shù)字 。 而四氯化物在溫度升高到 ， 摩擦系數(shù)大大降低 。 ? 在摩擦力的作用下 ， 表層反復(fù)變形 ， 溫度也隨之變化 ，接觸區(qū)的 晶體結(jié)構(gòu)和材料結(jié)構(gòu)在不斷變 化 ， 導(dǎo)致互相作用的兩表面 摩擦特性的改變 。 所以原子由有序排列狀態(tài)轉(zhuǎn)化為無序排列狀態(tài)是材料結(jié)構(gòu)變化的重要因素之一 面心立方表面原子的配位數(shù) 在表面的位置 配位數(shù) 表面所處晶面 配位數(shù) 角上原子 3 原子在 (111)上 9 邊緣原子 5 原子在 (100)上 8 表面原子M 的配位數(shù)為 5。 而基體中的任一個原子的配位數(shù)為 6。 ? 表面上方原子的空缺 ， 必然導(dǎo)致晶體 表面電荷分布的變化 ，從而使表面原子排列或多或少發(fā)生變化 。 不過 ， 實驗分析表明 ， 很多晶體材料的表
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