11.固液界面的微观结构

一，固液界面的微观结构
固液界面微观结构分类：
根据用显微镜观察生长着的晶体的界面状况，可以将其微观结构分为两类，即光滑界面和粗糙界面
()一光滑界面：
1.从显微尺度来看，光滑界面呈参差不齐的锯齿状，界面两侧的固液两相是截
然分开的，在界面的上部，所有的原子都处于液体状态，在界面的下部，所有的原子都处于固体状态，即所有的原子都位于结晶相晶体结构所规定的位置上。

2.这种界面通常为固相的密排晶面。

由于这种界面呈曲折的锯齿状，所以又称
为小平面界面。

3.当从原子尺度观察时，这种界面是光滑平整的。

()一光滑界面图2.19：
1.原子尺度看：
a)界面光滑平整，
b)固液两相截然分开，
c)界面上固相原子位于固相晶体结构所规定的位置上，
d)形成平整的原子平面
2.在光学显微镜下，光滑界面由曲折的若干小平面组成，所以又称为
()二粗糙界面：
1.从原子尺度观察时，这种界面高低不平，并存在几个原子间距厚度的过渡层。

在过渡层中，液相和固相的原子犬牙交错的分布着
2. 由于过渡层很薄，在光学显微镜下，这类界面是平直的，又称为非小平面界
面
除了少数透明的有机物之外，大多数材料包括金属材料是不透明的，因此不能依赖直接观察的方法确定界面的性质
那么如何判断材料界面的微观结构类型呢，杰克逊对此进行了深入的研究 当晶体与液体处于平衡状态时的固液界面：
当晶体与液体处于平衡状态时，从宏观上看，其界面是静止的。

但是从原子尺度看，晶体与液体的界面不是静止的，每一时刻都有大量的固相原子离开界面进入液相，同时又有大量液相原子进入固相晶格上的原子位置，与固相链接起来，只不过两者的速率相等。

光滑界面和粗糙界面的定义：
1. 设界面上可能具有的原子位置数为N ，其中A N 个位置为固相原子所占据，那么界面上被固相原子占据位置的比例为N
N x A =
，被液相原子占据的位置比例则为x -1。

2. 如果界面上有近50%的位置为固相原子所占据，即%50≈x ，这样的界面即
为粗糙界面。

3. 如果界面上有近0%或100%的位置为晶体原子所占据，则这样的界面称为光
滑界面
界面的平衡结构应当是界面能最低的结构
当在光滑界面上任意添加原子时其界面自由能的变化s G ∆可以用下式表示： ()()()x x x x x x NkT G m s --++-=∆1ln 1ln 1α式中，k 为波尔茨曼常数，m T 是熔点，α是杰克逊因子
取不同的α值作m
s NkT G ∆与x 的关系线2.19 1. 当2≤α时，在5.0=x 处，界面能处于最小值，即相当于相界面上的一半位
置为固相原子所占据，这样的界面即对应于粗糙界面；
2. 当5≥α时，在x 靠近0处或1处，界面能最小，即相当于界而上的原了位置有
极少量或极大量为固相原子所占据，这样的界面正是对应于光滑界面。

各种材料的杰克逊因子和界面性质：
1. 纯金属与合金和某些有机物的杰克逊因子2≤α，其固液界面为粗糙型界面，
2. 许多有机化合物的5≥α，其固液界面为光滑型界面
3. 少数材料如Si Ge Sb Bi ,,,和氢化物晶体等的5~2=α，处于中间状态，情况
比较复杂，其固液界面呈混合型，且与界面的取向有关。