第5章 表面与界面 知识点067068
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以下是表面与界面的知识点总结：
1. 表面：物质外部与空气、液体、固体等相接触的部分。
通常有分子层之称。
2. 界面：两种不同状态的物质相接触的部分，如气液界面、固液界面等。
3. 表面张力：液体表面对外界的张力。
液体分子内部相互吸引，表面上的液体分子则受到邻居分子的吸引力只能向内收缩，形成一个比内部压力高的膜状物。
例如水滴在菜叶表面停留就是因为水滴表面的张力与菜叶表面的张力相等而凝聚在菜叶上。
4. 比表面积：单位质量内所含有的分子数和面积，即面密度。
比表面积可以反映物质粒子间的作用力。
5. 吸附：物质表面吸附分子或离子的现象。
吸附可分为化学吸附和物理吸附，化学吸附是指吸附过程中发生化学反应，物理吸附是指吸附过程中没有化学反应。
6. 原子层沉积(ALD)：是指以原子为单位，将一种气态化合物分子逐层沉积在衬底表面的过程。
这种技术可以制备高质量、均匀、复杂的薄膜，并广泛应用于微电子、光电、生物等领域。
总之，了解表面和界面的知识对于化学、材料学等领域非常重要，能够帮助我们更加深入理解物质的性质、结构和相互作用关系。
第5章 表面与界面 知识点067068
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物理吸附力
物理吸附力是在所有的吸附剂与吸附质之间都存在的， 即范德华力。主要来源于三种不同效应：
LiF(001)弛豫 表面示意图， ·Li 〇 F
（3）重构表面
重构表面是指表面原子层在平行表面方向上的周期
性不同于体内，但垂直方向的层间距则与体内相同。
as
a
d0 d0
重构表面示意图
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单晶硅（111）面 的重构表面。 扫描隧道显微镜图像。
这种理想表面作为半无限的晶体，体内的原子的位置 及其结构的周期性，与原来无限的晶体完全一样。
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理想表面结构示意图
理想表面的扫描隧道显微镜图
2、清洁表面
清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、杂质 扩散等物理化学效应的表面。这种清洁表面的化学组 成与体内相同，但周期结构可以不同于体内。根据表 面原子的排列，清洁表面又可分为台阶表面、弛豫表 面、重构表面等。
（1）台阶表面
台阶表面不是一个平面，它是由有规则的或不规则的台 阶的表面所组成
[112]
[110]
[111]
周 期
Pt（557）有序原子台阶表面示意图
碳化硅表面生长的台阶
（2） 弛豫表面
由于固相的三维周期性在固体表面处突然中断，在垂直 表面方向上原子间距不同于内部，称为弛豫表面。
弛豫表面示意图
第5章 表面与界面 知识点070
此即Wenzel方程，是Wenzel于1936年提出来的。
对于粗糙表面，n总是大于1。
（1）θ＜90°时，θn＜θ，即在润湿的前提下，表面 粗糙化后θn变小，更易为液体所润湿。 （2）θ＞90°时，θn＞θ，即在不润湿的前提下，表 面粗糙化后θn变大，更不易为液体所润湿。
n cosn 1 cos
1、表面粗糙度的影响
三相相交点沿固体表面由A到 B，相界面面积会发生变化， 进而界面能变化。根据热力学 原理，当系统处于平衡时，界 面位置的少许移动引起的界面 能变化为零。
n为表面粗糙度，为实际面积 与表观面积之比所以n>1。
平坦表面： S-L面积增加δs S-V面积减小δs L-V面积增加δs cosθ
杨氏方程：
SV SL LV cos
cos SV SL LV
二、非理想表面上的润湿——Wenzel方程
实际固体表面的状况： （l）固体表面本身或由于表面污染（特别是高能表面），固体表面 在化学组成上往往是不均一的； （2）因原子或离子排列的紧密程度不同，不同晶面具有不同的表面 自由能；即使同一晶面，因表面的扭变或缺陷，其表面自由能亦可 能不同； （3）表面粗糙不平等原因，一般实际表面均不是理想表面，给接 触角的测定带来极大的困难。
答：
γ(Al2O3,固) -γ(Ag,液/Al2O3,固)
cosθ =
=
γ(Ag,液)
1-1.77 0.92 =-0.83
θ = 146.82 不能润湿。可将瓷件表面抛光减小接触角
Es SLns LVs cosn SV ns 0
将一液滴置于一粗糙表面
Es SLns LVs cosn SVns 0 n( SV SL) LV cosn
5-材料化学-表面与界面
固体的表面自由能和表面张力 与液体相比： ➢ 固体的表面自由能中包含了弹性能。表面张力在 数值上不等于表面自由能； ➢ 固体的表面张力是各向异性的。 ➢ 实际固体的表面绝大多数处于非平衡状态， 决 定固体表面形态的主要是形成固体表面时的条件 以及它所经历的历史。 ➢ 固体的表面自由能和表面张力的测定非常困难。
露珠呈球形；毛细管现象； 防雨布不被水润湿； 活性炭能使糖汁脱色，等等
表面现象 和工农业 生产也有 着密切的 关系
化工生产中的多相催化； 火法冶金中夹杂物的排除； 铁渣分离；选矿作业中的浮选； 农业中的土壤性质；农药的配制； 矿物地质；食品的乳化；油污的去除； 机械的润滑，等等。
这些现象的发生都与表面层（或界面层）分子特有的性质 密切相关
表面
物体对真空或与本身的蒸气接触的面。 由于绝对的真空并不存在，在许多场合 下，把固相与气相、液相与气相之间的 分界面称为表面。
界ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
面 相界
指结构不同的两块晶体或结构相同而点 阵参数不同的两块晶体接合而成的交界 面。
晶界
同种材料相同结构的两个晶粒之间的边 界，也称为晶粒间界。
表面的重要性
表面现象是 自然界中常 见的现象
表面张力和表面能有相同的量纲，对于液体，二者数 值相同，而对于固体，二者则有所不同。
对于界面（例如固液界面）而非表面，则通常称为界 面能和界面张力。
• 表面张力（或表面能）的大小受分子间相互作用 力影响。
• 纯物质的表面张力（表面能）与分子的性质有关 ，通常是
γ（金属键）＞ γ（离子键）＞ γ（极性共价键） ＞ γ（非极性共价键）
理想表面 结构示意 图
理想表 面的扫 描隧道 显微镜 图
B.清洁表面 指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理
材料物理学中的表面和界面现象
材料物理学中的表面和界面现象材料物理学是研究物质的性质及其与外界相互作用的学科，而表面和界面现象则是材料物理学中一个重要的研究领域。
表面和界面现象的研究对于理解材料的性质和开发新型材料具有重要意义。
本文将从表面和界面的定义、性质以及应用等方面进行探讨。
表面是物质与外界相接触的部分，它通常与内部相比具有较高的能量。
表面现象是指物质的表面所表现出的特殊性质和现象。
表面现象的研究对象包括表面能、表面张力、表面活性等。
表面能是表征物质表面能量的物理量，它是单位面积的表面所具有的能量。
表面张力是指液体表面上的分子间相互作用力，它使液体表面趋向于收缩，形成一个尽可能小的表面积。
表面活性则是指物质在界面上的吸附现象，使界面上的分子排列有序，形成一层分子膜。
界面是两种不同物质之间的接触面，它具有特殊的物理和化学性质。
界面现象是指两种不同物质接触时所表现出的特殊性质和现象。
界面现象的研究对象包括界面能、界面电荷、界面扩散等。
界面能是指两种不同物质接触时所产生的能量变化，它决定了物质在界面上的吸附和反应行为。
界面电荷是指界面上的电荷分布情况，它对于界面的电荷传递和电子转移等过程起着重要作用。
界面扩散是指两种不同物质在界面上的扩散过程，它影响着物质的相互渗透和传输。
表面和界面现象在材料科学和工程中具有广泛的应用价值。
首先，表面和界面现象对于材料的界面反应和界面控制具有重要意义。
在材料加工和制备过程中，界面反应和界面控制是实现材料性能优化的关键环节。
通过研究表面和界面现象，可以有效地控制材料的界面结构和界面性质，从而改善材料的性能和功能。
其次，表面和界面现象在材料的粘附和润湿等方面也具有重要应用。
例如，在涂层材料中，表面张力的控制可以实现涂层的均匀覆盖和附着力的增强；在生物医学领域，通过改变材料表面的亲水性或疏水性，可以实现对生物体的粘附或排斥。
此外，表面和界面现象还在材料的电子输运、热传导和光学性能等方面有着重要的应用。
材料表面与界面考试必备
材料表面与界面考试必备一、名词解释1.表界面：由一个相过渡到另一相的过渡区域。
2.表面：习惯上把固－气、液－气的过渡区域称为表面。
界面：把固－液、液－液、固－固的过渡区域称为界面。
物体与物体之间的接触面。
界面－两种物质（同种或不同种）之间的接触面、连接层和分界层。
3.理想表面：理论上结构完整的二维点阵平面。
4.清洁表面：不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理-化学效应的表面。
（表面的化学组成与体内相同，但结构可以不同于体内）5.驰XX表面：指表面层之间以及表面和体内原子层之间的垂直间距d s和体内原子层间距d0相比有所膨胀和压缩的现象。
6.驰XX：表面区原子（或离子）间的距离偏离体内的晶格常数，而晶胞结构基本不变，这种情况称为弛XX。
7.重构表面：指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内，但在垂直方向上的层间间距d0与体内相同。
8.XX阶表面：表面不是平面，由规则或不规则XX阶组成。
9.表面偏析：杂质由体内偏析到表面，使多组分材料体系的表面组成与体内不同。
10.吸附表面：在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围空间吸附在表面上的质点所构成的表面。
11.平移界面：在结构相同的晶体中，一部分相对于另一部分平滑移动一个位移矢量。
其间的界面称为平移界面。
12.反演界面：当晶体结构由中心对称向非中心对称转变时，由反演操作联系起来的两个畴之间形成反演界面IB。
13.表面能:可以理解为系统增加单位面积时所需做的可逆功，单位是J/m2。
14.表面张力:是单位长度上的作用力，单位是N/m。
15.晶界：同质材料形成的固体/固体界面为晶界。
16.相界：异质材料形成的固体/固体界面为相界。
二、简答、简述1、表界面通常可以分为哪5类？固－气；液－气；固－液；液－液；固－固。
2、获得理想表面的理论前提？（1）、不考虑晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响；（2）、不考虑表面原子的热运动、热扩散、热缺陷等；（3）、不考虑外界对表面的物理-化学作用等；（4）、认为体内原子的位置与结构是无限周期性的，则表面原子的位置与结构是半无限的，与体内完全一样。
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表面与界面知识点总结：
1. 表面现象：由于固体表面分子的结构不同于其内部，故表面分子有一些特殊的性质，如表面张力、表面能、界面张力等。
2. 表面张力：由于表面分子受到相邻分子的吸引力而对内聚性较强。
表面张力可由液滴的形态及表面积变化计算出来。
3. 表面能：由表面分子吸引而形成的表面存在着一定能量，该能量称为表面能。
表面能越大，表面张力越强。
4. 界面张力：液体与气体、液体与固体之间的接触面上会形成界面张力。
液体-气体界面张力使液体产生球形，液体-固体界面张力使液滴变成半球形。
5. 单层分子膜：将一种分子吸附在固体表面上形成的单层分子膜，具有一定的表面活性和润湿性。
6. 表面增强拉曼散射（SERS）：将分子吸附在纳米金属表面上，可在表面增强的作用下使与特定振动光谱相关的光谱峰增强数千倍。
7. 多相反应催化剂：多相反应催化剂是将催化剂固定在固体表面上，可在多相催化反应中提高反应速率和选择性。
8. 界面化学：研究不同相之间的相互作用及二者之间的交换现
象的学科，包括了表面化学、胶体化学等方面的研究。
9. 分散体系：由于存在各种散体而形成的体系，如泡沫、乳液等。
在这些分散体系中，表面的性质是十分重要的。
第五章表面与界面第一讲汇总
（1）范德华(van der Walls)力：一般是指固体表面与被 吸附质点（例如气体分子）之间相互作用力。主要来源 于三种不同效应： ① 定向作用。主要发生在极性分子（离子）之间。如：
氨气分子，HCl分子等 ② 诱导作用。主要发生在极性分子与非极性分子之间。 ③ 分散作用。主要发生在非极性分子之间。如：H2、O2、
N2、CO2、CH4、C2H2、BF3等。 对于不同物质，上述三种力都会存在，只是那一种强 弱的问题。 （2）长程力：它是二相之间的分子引力通过某种方式加 合和传递而产生的，本质上仍是范德华力。
（3）静电力：在二个相表面间产生的库仑作用力。 一个不带电的颗粒，只要它的介电常数比周围的介质 大，就会被另一个带电颗粒吸引。
（4）毛细管表面力：在二个表面间存在液相时产 生的一种引力。粉体表面吸水并产生毛细管力，会立 即粘结成块。
（5）接触力：短程பைடு நூலகம்面力也称接触力，是表面间 距离非常近时，表面上的原子之间形成化学键或氢键。
5.1.2晶体表面结构
表面力的存在使固体表面处于较高能量状态。 但系统总会通过各种途径来降低这部分过剩的能 量，这就导致表面质点的极化、变形、重排并引 起原来晶格的畸变。对于不同结构的物质，其表 面力的大小和影响不同，因而表面结构状态也会 不同。
2）固体的表面张力是各向异性的。 3）实际固体的表面绝大多数处于非平衡状态，
决定固体表面形态的主要是形成固体表面时 的条件以及它所经历的历史。 4）固体的表面自由能和表面张力的测定非常 困难。
5、表面偏析
不论表面进行多么严格
的清洁处理，总有一些杂
质由体内偏析到表面上来，
从而使固体表面组成与体 内不同，称为表面偏析。
第五章 固体的表面与界面
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学习指导
学习指导将学习到的知识点：
知识点067. 理想表面与清洁表面
知识点068. 吸附表面与偏析表面
知识点069. 固体的表面结构
知识点070.润湿的杨氏方程及接触角
知识点071.粘附及化学条件
表面界面相界面
表面：
界面：
晶界
相界面：
知识点067. 理想表面与清洁表面
理想表面
忽略了
忽略了忽略了
清洁表面
台阶表面弛豫表面重构表面
[112]
[111] [110]
周
期
垂直表面方向上弛豫表面
重构表面平行表面方向上
a s a
d
d
随堂练习：
答：理想表面
表面弛豫
表面重构
知识点068. 吸附表面与偏析表面
吸附：气体或液体分子
两相本体浓度不同
偏析：
界面的浓度远大于体内
广义上
表面组成及结构
抗氧化抗腐蚀催化活性
韧性下降脆性断裂
物理吸附力化学吸附力化学吸附物理吸附
（
电子的转移或共有化学键吸附键主要特点
随堂练习：答：吸附：
偏析：。