固体表面特征(精选)

固体材料的表面特性一、固体材料按照材料的特性，固体材料可分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三类；按照材料所起的作用，固体材料可分为结构材料和功能材料两大类；根据原子排列的特征，固态物质可分为晶体和非晶体两类。

晶体和非晶体原子排列如图2-2所示。

图2-2 晶体和非晶体原子排列晶体是指其组成微粒（原子、离子或分子）呈规则排列的物质。

晶体有固定的熔点和凝固点、规则的几何外形和各向异性的特点，如金刚石、石墨及一般固态金属材料等均是晶体。

非晶体是指其组成微粒无规则地堆积在一起的物质，如玻璃、沥青、石蜡、松香等都是非晶体。

非晶体没有固定的熔点，而且性能具有各向同性。

随着现代技术的发展，使得晶体与非晶体之间可以互相转化，如人们通过快速冷却，制成了具有特殊性能的非晶态的金属材料。

二、固体-气体的表面结构物质的聚集态有固、液、气三种形态，将两凝聚相的边界区域称为界面（interface），两凝聚相与气相形成的界面称为表面（surface）。

由于气体之间接触时通过气体分子间的相互作用而很快混合在一起，成为由混合气体组成的一个气相，即不存在气-气界面。

因此，界面有固-液、液-液、固-固三种类型，表面有固-气、液-气两种类型。

固体-气体界面示意图如图2-3所示。

图2-3 固体-气体界面示意图通常所说的表面是指固-气表面，这是我们研究的主要对象。

表面大致可以分为理想表面、清洁表面和实际表面三种类型。

人们日常生活中和工程上涉及固-气表面的现象和过程随处可见，例如气体吸附于固-气表面，形成吸附层。

例如：许多固-固界面在形成过程中，不少反应物质先以液态或气态存在，即先出现固-气表面和固-液界面，然后在一定条件下（通常为冷凝）才转变为固-固界面。

图2-4所示为固-固表面的结构，从截面上可以看出膜层与基体之间的界面结合处形貌。

图2-4 固-固表面的结构a）铝合金微弧氧化Al2O3陶瓷膜层表面SEM形貌 b）截面膜层形貌1.理想表面理想表面是一种理论的、结构完整的二维点阵平面。

第四章表面与界面§4-1 固体的表面一、固体表面的特征1、固体表面的不均一性（1）、同一种固体物质，制备或加工条件不同也会有不同的表面性质；（2）、实际晶体的表面由于晶格缺陷、空位或位错而造成表面的不均一性；（3）、只要固体暴露在空气中，其表面总是被外来物质所污染，被吸附的外来原子可占据不同的表面位置，形成有序或无序排列，也引起了固体表面的不均一性。

总之，实际固体表面的不均一性，使固体表面的性质悬殊较大，从而增加了固体表面结构和性质研究的难度。

2、固体表面力场定义：晶体中每个质点周围都存在着一个力场，在晶体内部，质点力场是对称的。

但在固体表面，质点排列的周期重复性中断，使处于表面边界上的质点力场对称性破坏，表现出剩余的键力，称之为固体表面力。

长程力：固体物体之间相互作用力。

它是两相之间的分子引力通过某种方式加合和传递而产生的，其本质仍属范德华力。

长程力分两类：一类是依靠粒子之间的电场传播的；另一类是通过一个分子到另一个分子逐个传播而达到长距离的。

范氏力主要来源于三种不同的力：定向作用力诱导作用力色散力二、晶体表面结构1、离子晶体的表面离子晶体MX在表面力作用下，离子的极化与重排过程见图4-1。

处于在表面层的负离子（X-）在外侧不饱和，负离子极化率大，通过电子云拉向内侧正离子一方的极化变形来降低表面能，这一过程称为松弛，是瞬间完成的，接着发生离子重排。

从晶格点阵稳定性考虑，作用力较大、极化率小的正离子应处于稳定的晶格位置，而易极化Ｘ－受诱导极化偶极子排斥而推向外侧，从而形成双电层。

如：NaCI表面形成厚度为0.02nm的表面双电层。

AI2O3、SiO2、ZrO2表面也有此现象。

2、晶体表面的几何结构随着晶体面的不同，表面上原子的密度也不同。

固体的实际表面是不规则和粗糙的，存在着无数台阶、裂缝和凹凸不平的山峰谷，这些不同的几何状态必然会对表面性质产生影响，其中最重要的是表面粗糙度和微裂纹。