材料科學基礎(chǔ)---第四章表面與界面-展示頁
2025-01-29 07:21本頁面
【正文】 (1) 凸面蒸汽壓 平面 凹面蒸汽壓 。 設(shè)想用一活塞維持氣泡的平衡壓力為 P， 氣泡處于平衡時 ， 則有 P=P0+?P或?P＝ P– P0 ● 使活塞下移 ， 使氣泡體積增加 dV， 表面積增加 dA, 環(huán)境對物系所做的功： δ We＝ PdV＝ (P0 +?P)dV ● 氣泡膨脹 物系對環(huán)境所做的功： δ Ws＝ P0dV ● 物系得到的凈功： δ W‘ ＝ δ We－ δ Ws＝ ?PdV ● 此功用于克服表面張力的作用 ， 使氣泡表面積增加 dA，即用于增加物系的表面能 。 方向：曲率中心。 符號： ?P。 單位面積上的能量和單位長度上的力是等因次的 ， 液體的表面能和表面張力在數(shù)值上是相等的；固體的表面能和表面張力在數(shù)值上往往是不相等的 。 三 、 固體的表面能 表面能： 每增加單位表面積時 ， 體系自由能的增量 。 (3)關(guān)系到兩種材料間的封接和結(jié)合界面間的嚙合和結(jié)合強度。 表面粗糙度： (1)使表面力場變得不均勻，其活性及其它表面性質(zhì) 也隨之發(fā)生變化。 ● 固體的實際表面是不規(guī)則和粗糙的。 ● 離子晶體經(jīng)過離子極化與重排使晶體表面能量上趨于穩(wěn)定 晶體表面的幾何結(jié)構(gòu) 分析面心立方結(jié)構(gòu) (100)、 (110)、 (111)三個低指數(shù)面上原子的分布。 二 、 晶體表面結(jié)構(gòu) 離子晶體的表面 ● 固體表面結(jié)構(gòu)： 微觀質(zhì)點 排列狀態(tài) 表面幾何狀態(tài) ● 表面力的存在使固體表面處于高能量狀態(tài) 液體 : 總是力圖形成球形表面來降低系統(tǒng)的表面能。 ⑵長程力： 是宏觀尺寸物質(zhì)之間相互作用力，作用范圍較通常的范氏力大得多，所以叫長程力。 固體表面力場 固體表面力： 固體表面質(zhì)點排列的周期重復性中斷，使處于表面邊界上質(zhì)點力場對稱性破壞，表現(xiàn)出剩余的鍵力。 ● 由于晶格缺陷、空位或位錯而造成表面的不均一性； ● 由于外來物質(zhì)污染，吸附外來原子占據(jù)表面位置引起固體表面的不均一性。 一 、 固體表面的特征 固體表面的不均一性 ● 絕大多數(shù)晶體是各向異性。 第四章 表面與界面 本章內(nèi)容： 水系統(tǒng)膠體化學 重點： 水系統(tǒng)膠體化學 難點： 晶界構(gòu)型和晶界應力對燒結(jié)體性能的影響 第一節(jié) 固體的表面 一、固體表面的特征 二、晶體表面結(jié)構(gòu) 三、固體的表面能 表面： 指一個相和它本身蒸氣（或真空）相接觸 的分界面。 界面： 指一個相和另一個結(jié)構(gòu)不同的相接觸時的分界面。 ● 同一種物質(zhì)制備和加工條件不同也會有不同的表面性質(zhì)。 ● 固體表面無論怎么光滑，從原子尺寸衡量，實際上也是凹凸不平的。 ⑴ 范德華力： 包括 定向作用力 、 誘導作用力 、 分散作用力 。 按作用原理不同長程力分為兩類： ● 依靠粒子間的電場傳播，如色散力，可以簡單加和； ● 通過一個分子到另一個分子逐個傳播達到長的距離，如誘導力。 晶體 : 內(nèi)部質(zhì)點借助離子極化、變形、重排并引起晶格畸變 來降低表面能，于是造成表面層與內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異。 圖 4－ 3 面心立方晶格的低指數(shù)面 (100) (111) (110) ● 各晶面上的原子密度不同。 ● 幾何狀態(tài)對表面性質(zhì)的影響 :表面粗糙度 和 微裂紋 。 (2)直接影響固體表面積，內(nèi)、外表面積比值以及相關(guān)的屬性。 表面微裂紋： 微裂紋會使應力集中，起著應力倍增器的作用，對材料強度影響顯著。 表面張力： 擴張表單位長度所需要的力 。 mNmmNmJ ???22/思考題 固體表面具有哪些特征？固體表面的不均一性是如何產(chǎn)生的？ 在表面力作用下，離子晶體表面會產(chǎn)生哪些變化？ 表面粗糙度和微裂紋對晶體表面會產(chǎn)生什么影響？ 什么是晶界？相界面？晶界具有什么特點？ 什么是晶界構(gòu)型？多晶材料中晶界相遇有哪幾種構(gòu)型？ 第二節(jié) 界面行為 一、彎曲表面效應 二、潤濕與粘附 P0 A B f P0 (a) P0 A B f △ P (b) P0+ △ P A B f P0 △ P P0△ P (C) 圖 4 – 5 彎曲表面上的附加壓力的產(chǎn)生 一、 彎曲表面效應 彎曲表面的附加壓力 (1)定義： 彎曲表面兩邊的壓力差稱為彎曲表面的附加壓力。 (2)產(chǎn)生原因： 由于 表面張力的作用。 返回 （ 3） ?P與曲率半徑 R的關(guān)系 ● 把一根毛細管插入液體中 ， 向毛細管吹氣 ， 在管的下端形成一個半徑為 R的氣泡 (如圖 45所示 )。 故： ?PdV＝ γ dA V＝ 4/3π R3 A＝ 4π R2 ∴ ?P＝
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