材料表面与界面复习题2013

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材料表界面习题答案

材料表界面习题答案

材料表界面习题答案【篇一:材料表界面期末复习】> 1、表界面的定义及其种类。

定义;表界面是由一个相过渡到另一个相的过渡区域。

若其中一相为气体,这种界面通常称为表面。

种类:表界面通常有五类:气-液界面(表面),气-固界面(表面),液-液界面,液-固界面,固-固界面。

二、液体表面1、表面张力定义及表面自由能定义答:表面张力是单位长度上的作用力,单位是n/m表界面张力的热力学定义为:由能量守恒定律,外界所消耗的功存储于表面,成为表面分子所具有的一种额外的势能,也称为表面能。

??(?g/?a)p,t,nb由于分子在体相内部与界面上所处的环境是不同的,产生了净吸力。

而净吸力会在界面2、计算:r1=1mm,r2=10-5 mm2?32a=4?r?4?3.1416?(6.2?10m)11?4.83?10?4m2se?ga1=?a11-3?2?42=(72?10j?m)(4.83?10m)?3.5?10?5j3、laplace方程表达式12 ?p??(1/r?1/r) (2-18)就是laplace方程,是表面化学的基本定律之一。

注释:(1)若:r1=r2=r,则曲面为球面,回到(2-15)式;(2)若:r1=r2=无穷大,则液面为平面,压差为0。

4、表面张力的几种测定方法。

(1)毛细管法(2)最大气泡压力法 (3)滴重法 (4)吊环法解:先求水滴半径:代入kelvin公式:6、gibbs吸附等温式(溶液的表面张力)表面张力随溶液组成的变化规律一般有三种比较典型的类型三、固体表面1、比表面积定义:-? 1g某种固体,其密度为2.2 g/cm3,把它粉碎成边长为106cm的小立方体,求其总表面积。

2、吸附等温线:吸附量可用单位质量吸附剂所吸附气体的量或体积来表示。

3、langmuir吸附等温式a、langmuir吸附公式b、用活性炭吸附chcl3,符合langmuir吸附等温式,在0 ℃时的饱和吸附量为93.8 dm-3*kg-1。

材料表界面期末考试卷

材料表界面期末考试卷

材料表界面期末考试卷一、选择题(每题2分,共20分)1. 材料表界面的类型主要包括:A. 晶界B. 相界C. 界面D. 所有选项2. 晶界对材料性能的影响主要表现在:A. 强度B. 韧性C. 硬度D. 所有选项3. 相界是指:A. 两个晶体之间的界面B. 两个不同相之间的界面C. 晶体内部的界面D. 材料表面的界面4. 界面能是指:A. 界面处原子的化学能B. 界面处原子的表面能C. 界面处原子的结合能D. 界面处原子的内能5. 界面的稳定性与哪些因素有关:A. 界面能的大小B. 界面的几何形状C. 界面处的应力状态D. 所有选项6. 界面的微观结构包括:A. 晶粒大小B. 晶粒取向C. 晶界类型D. 所有选项7. 界面的宏观性能包括:A. 界面强度B. 界面韧性C. 界面硬度D. 所有选项8. 材料表界面的微观表征方法主要包括:A. 扫描电子显微镜(SEM)B. 透射电子显微镜(TEM)C. X射线衍射(XRD)D. 所有选项9. 材料表界面的宏观表征方法主要包括:A. 拉伸试验B. 硬度测试C. 冲击试验D. 所有选项10. 界面工程的目的在于:A. 提高材料的界面强度B. 改善材料的界面韧性C. 优化材料的界面性能D. 所有选项二、简答题(每题10分,共30分)1. 简述材料表界面的分类及其各自的特点。

2. 描述晶界强化机制,并举例说明其在实际材料中的应用。

3. 解释界面能对材料界面稳定性的影响。

三、计算题(每题15分,共30分)1. 假设一个立方体材料的晶粒尺寸为1mm,晶界面积与晶粒体积的比值为0.05。

计算该材料的晶界总长度。

2. 给定一个材料界面的界面能为50 mJ/m²,界面面积为100 m²,计算该界面的总界面能。

四、论述题(20分)论述材料表界面在材料科学中的重要性,并结合实例说明如何通过界面工程来改善材料的性能。

五、实验题(20分)设计一个实验来研究不同热处理工艺对材料晶界类型和界面能的影响,并简要说明实验步骤和预期结果。

材料科学基础:第七章 表 面 与 界 面

材料科学基础:第七章 表 面 与 界 面

大角晶界模型:
晶界力求与重合点阵 密排面重合,即使有偏 离,晶界会台阶化,使 大部分面积分段与密排 面重合,中间以小台阶 相连。
如图,AB、CD与重合 点阵密排面重合,中间 BC小台阶相连。
3. 小角度晶界:
对称倾侧晶界、不对称倾侧晶界、扭转晶界
3.小角度晶界—
对称倾侧晶界
由相隔一定距离刃 型位置垂直排列组成
如Cu-1Sn%合金,:Sn的偏析,Sn的原子半径比Cu大9%,发生严重点阵畸变。 当Sn处于晶界时畸变能明显降低
7.晶界偏聚---平衡偏聚:
B. 平衡偏聚公式 Cg=Co exp(dEs/RT)
Cg:晶界上溶质原子浓度,Co晶内溶质原子浓度, dEs晶界、晶内能量差
C. 平衡偏聚特点
a. 由公式可见一定溶质浓度在一定温度下对应一 定偏聚量
EC为位错中心能量,金属晶界能与晶粒位向差θ的 关系
晶界能---实线测量值、虚线计算值 小于15-
200 两者符合很好。EB在小角时与位向敏感,大 角度时为常数
晶界能---三个晶界平衡时有 E1/sinφ1=E2/sinφ2=E3/sinφ3
6.晶界能应用---少量第二相形状
A. A、第二相基体晶粒内
持……
化学工业:胶水,涂料,油漆,洗涤剂….. 写字,作画:纸张与墨水…. 食物消化:消化液与食物…… 建筑:砌砖,混疑土….. 烹调:灰面炸鸡……
7.晶界偏聚---平衡偏聚及非平衡偏聚
A. 平衡偏聚
平衡条件下由于溶质与溶剂原子尺寸相差很大,溶质原子在晶内、晶界的畸变能差很界--- 每个晶粒中直径10-100μm的晶块(亚晶粒)
之的界面
亚晶界---溶质原子优先聚集和第二相优先析
出的地方可阻碍位错运动,影响材料力学性能

材料表面与界面知识复习资料题库

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1.液体原子结构的主要特征。

(1)液体结构中近邻原子数一般为5~11个(呈统计分布),平均为6个,与固态晶体密排结构的12个最近邻原子数相比差别很大;(2)在液体原子的自由密堆结构中存在五种间隙,四面体间隙占了主要地位。

(3)液体原子结构在几个原子直径范围内是短程有序的,而长程是无序的。

2.液体表面能的产生原因。

液体表面层的分子,一方面受到液体内层的邻近分子的吸引,另一方面受到液面外部气体分子的吸引,而且前者的作用要比后者大。

因此在液体表面层中,每个分子都受到一个垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。

这种吸引力使表面上的分子趋向于挤入液体内部,促成液体的最小表面积。

要使液体的表面积增大就必须要反抗液体内部分子的吸引力而做功,从而增加分子的位能,这种位能就是液体的表面能。

3.液体表面张力的概念和影响因素。

液体表面层的原子或分子受到内部原子或分子的吸引,趋向于挤入液体内部,使液体表面积缩小,因此在液体表面的切线方向始终存在一种使液体表面积缩小的力,其合力指向液体内部的作用力,这种力称为液体表面张力。

液体的表面张力大小受很多因素的影响。

如果不考虑液体内部其它组元向液体表面的偏聚和液体外部组元在液体表面的吸附,液体表面张力大小主要受物质本身结构、所接触的介质和温度的影响。

(1)液体的表面张力来源于液体内部原子或分子间的吸引力,因此液体内部原子或分子间的结合能的大小直接影响到液体的表面张力的大小。

一般来说,液体中原子或分子间的结合能越大,表面张力越大。

具有金属键原子结合的物质的表面张力最大;其次由大到小依次为:离子键结合的物质、极性共价键结合的物质、非极性共价键结合的物质。

(2)液体的表面张力的产生是由于处于表面层的原子或分子一方面受到液体内部原子或分子的吸引,另一方面受到液体外部原子或分子的吸引。

当液体处在不同介质环境时,液体表面的原子或分子与不同物质接触所受的作用力不同,因此导致液体表面张力的不同。

一般来说,介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能越高,液体的表面张力越小;反之,介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能越低,液体的表面张力越大。

材料表界面思考题答案汇总

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考试
答案
第二章:液体表面 2. 试述表面张力(表面能)产生的原因。
P6 原因为液体表面层的分子所受的力不均匀而产生的。液体表面层即气液界面中的分子受到指向液体内 部的液体分子的吸引力,也受到指向气相的气体分子的吸引力,由于气相吸引力太小,这样,气液界面的分 子净受到指向液体内部并垂直于表面的引力作用,即为表面张力。这里的分子间作用力为范德华力。
17. 表面活性剂的浓度对溶液的表面张力有怎样的影响?为什么有这样的影响? P41 (1)随着表面活性剂浓度的增加,表面张力而下降,当达到临界浓度时,表面张力就不 再发生变化。 (2)表面活性剂其亲水端向水,亲油段相空气,其浓度的上升会使分子聚集在表面,这样, 空气和水的接触面减小,表面张力急剧下降,与此同时,水中的表面活性剂也聚集在一起,排 列成憎水基向里,亲水基向外的胶束。表面活性剂浓度进一步增加,水溶液表面聚集了足够多 的表面活性剂的分子,无间隙地布满在水溶液表面上,形成单分子膜。此时,空气和水完全处 于隔绝状态,表面张力趋于平缓。 18. 表面活性剂按亲水剂类型可怎样分类? P43 表面活性剂溶于水能电离成离子的叫做离子型表面活性剂,R 基不能电离的叫做非离子型 表面活性剂。 其中离子型表面活性剂可分成阴离子、阳离子和两性表面活性剂。
度降低,HLB 值下降,使得乳状液从原来的(O/W)型转变为油包水型(W/O)所对应的温度.又称为亲 水-亲油平衡温度.
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《材料表界面》复习思考题答案汇总
(2) PIT与HLB都可以反映出亲水亲油性,但是,PIT可以反映出油的种类、水溶液性质、温度 和相体积等的影响。 同时 PIT 测定简单、精度高。
13. 比较物理吸附和化学吸附的区别。
项目 吸附力 吸附热 选择性 吸附层 吸附速度 可逆性 发生吸附速度 物理吸附 范德华力 小,接近液化热 无 单、多分子层 快,不需要活化能 可逆性 低于吸附质临界温度 化学吸附 化学键力 大,接近反应热 有 单分子层 慢,需要活化能 不可逆性 远高于吸附质沸点

材料科学基础--材料表面与界面(专业课)

材料科学基础--材料表面与界面(专业课)

一、单选题(共 7 小题,每题 5 分)1、晶体的一侧是另外一种晶体称之为(B )。

A、表面B、晶界C、亚晶界D、相界2、两个晶体构成镜面对称关系时,公共晶面称为( D)。

A、公共面B、公用面C、同用面D、孪晶面3、六边形晶粒的迁移是( A)。

A、最稳定B、最不稳定C、不变D、其他4、最后三节所涉及的是(D )。

A、表面材料B、复合材料C、金属材料D、非金属材料5、两个晶体(或一个晶体的两部分)沿一个公共晶面构成的镜面对称关系,这两个晶体就称为(A )。

A、孪晶B、亚晶C、对称晶体D、非对称晶体6、固体的表面张力具有(A )。

A、各向异性B、应力应变C、弹性应力D、表面张力7、一般晶体的表面都是( E)。

A、台阶表面B、清洁表面C、重构表面D、弛豫表面E、二、多选题(共 6 小题,每题 5 分)1、按界面两边物质状态分类( ABD)。

A、表面B、晶界C、亚晶界D、相界2、下面对物质表面分类描述正确的是(ABCDE )。

A、吸附表面B、重构表面C、清洁表面D、理想表面E、3、孪晶界面分为(CD )。

A、对称孪晶界B、非对称孪晶界C、共格孪晶界D、非共格孪晶界E、4、下列对非共格相界描述正确的是(ACDE )。

A、界面上原子的化学键数目和强度与晶内相比差异很大B、以应变能为主C、以化学能为主D、总的界面能很高E、5、下面对晶界曲率描述正确的是(AB )。

A、晶界曲率是晶界迁移的驱动力B、界曲率是向凹侧推进C、界曲率是向两侧推进D、以上叙述都不对E、6、材料表界面类型可以按照其分界面两侧相的类型划分为(ABC )。

A、气—固界面B、液—固界面C、固—固界面D、以上都不对三、判断题(共 7 小题,每题 5 分)1、溶解度低的溶质原子在晶界偏析的程度大。

对错2、两个晶体(或一个晶体的两部分)沿一个公共晶面构成的镜面对称关系,公共晶面称为孪晶面。

对错3、界面是晶体中的面缺陷。

对错4、界面对晶体材料的性质和发生转变的过程没有实质性的影响。

表面工程复习题及答案~

表面工程复习题及答案~

“材料表面工程”复习题一、名词解释表面工程技术:为满足特定的工程需求,使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能(或功能)的化学、物理法与工艺。

表面能:格意义上指材料表面的能,包括原子的动能、原子间的势能以及原子中原子核和电子的动能和势能等。

洁净表面:材料表层原子结构的期性不同于体,但其化学成分仍与体相同的表面。

清洁表面:一般指零件经过清洗(脱脂、浸蚀等)以后的表面。

区别:洁净表面允有吸附物,但其覆盖的几率应该非常低。

洁净表面只有用特殊的法才能得到。

清洁表面易于实现,只要经过常规的清洗过程即可。

洁净表面的“清洁程度”比清洁表面高。

吸附作用:物体表面上的原子或分子力场不饱和,有吸引围其它物质(主要是气体、液体)分子的能力。

磨损:相对运动的物质摩擦过程中不断产生损失或残余变形的现象。

腐蚀:材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。

极化:腐蚀电池工作时,阴、阳极之间有电流通过,使阴、阳极之间的电位差(实际电极电位)比初始电位差要小得多的现象。

钝化:由于金属表面状态的改变引起金属表面活性的突然变化,使表面反应速度急剧降低的现象。

(阳极反应受阻的现象)表面淬火:用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3(对亚共析钢)或者Ac1(对过共析钢)之上(奥氏体化),然后使其快速冷却并发生马氏体相变,形成表面强化层的工艺过程。

喷丸强化:利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面,使表层材料在再结晶温度之下产生弹、塑性变形,并呈现较大的残余压应力,从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。

(喷丸强化技术)热扩渗:将工件放在特殊介质中加热,使介质中某一种或几种元素渗入工件表面,形成合金层(或掺杂层)的工艺。

(化学热处理技术)热喷涂:采用各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化,然后用高速气体使涂层材料分散细化并高速撞击到基体表面形成涂层的工艺过程。

热喷焊:采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化,实现涂层与基体之间、涂层颗粒之间的冶金结合,消除隙的表面处理技术。

材料表面与界面-习题含答案

材料表面与界面-习题含答案

第一章1、什么是Young方程?接触角的大小与液体对固体的润湿性好坏有怎样的关系?答:Young方程:界面化学的基本方程之一。

它是描述固气、固液、液气界面自由能γsv,γSL,γLv与接触角θ之间的关系式,亦称润湿方程,表达式为:γsv—γSL=γLv COSθ。

该方程适用于均匀表面和固液间无特殊作用的平衡状态。

关系:一般来讲,接触角θ的大小是判定润湿性好坏的依据,若θ=0。

cosθ=1,液体完全润湿固体表面,液体在固体表面铺展;若0<θ<90°,液体可润湿固体,且θ越小,润湿性越好;90°<θ<180°,液体不润湿固体;θ=180°,完全不润湿固体,液体在固体表面凝集成小球。

2、水蒸气骤冷会发生过饱和现象,在夏天的乌云中,用飞机撒干冰微粒,试气温骤降至293K,水气的过饱和度(P/Ps)达4,已知在293K时,水的表面能力为0.07288N/m,密度为997kg/m3,试计算:(1)在此时开始形成雨滴的半径。

(2)每一雨滴中所含水的分子数。

答:(1)根据Kelvin公式有开始形成的雨滴半径为:将数据代入得:(2)每一雨滴中所含水的分子数为N=N A n ,n=m/M= V/M,得3、在293k时,把半径为1.0mm的水滴分散成半径为1.0μm的小水滴,试计算(已知293K时水的表面Gibbs自由为0。

07288J 。

m—2)(1)表面积是原来的多少倍?(2)表面Gibbs自由能增加了多少?(9分)答:(1)设大水滴的表面积为A1,小水滴的总表面积为A2,则小水滴数位N,大水滴半径为r1,小水滴半径为r2.又因为将大水滴分散成N小水滴,则推出=故有即表面积是原来的1000倍。

(2)表面Gibbs自由能的增加量为=4*3。

142*0。

07288*[109*(10—6)2—(10-3)2]=第二章1、什么是CMC浓度?试讨论影响CMC的因素。

请设计一种实验测定CMC的方法。

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1.液体原子结构的主要特征。

(1)液体结构中近邻原子数一般为5~11个(呈统计分布),平均为6个,与固态晶体密排结构的12个最近邻原子数相比差别很大;(2)在液体原子的自由密堆结构中存在五种间隙,四面体间隙占了主要地位。

(3)液体原子结构在几个原子直径范围内是短程有序的,而长程是无序的。

2.液体表面能的产生原因。

液体表面层的分子,一方面受到液体内层的邻近分子的吸引,另一方面受到液面外部气体分子的吸引,而且前者的作用要比后者大。

因此在液体表面层中,每个分子都受到一个垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。

这种吸引力使表面上的分子趋向于挤入液体内部,促成液体的最小表面积。

要使液体的表面积增大就必须要反抗液体内部分子的吸引力而做功,从而增加分子的位能,这种位能就是液体的表面能。

3.液体表面张力的概念和影响因素。

液体表面层的原子或分子受到内部原子或分子的吸引,趋向于挤入液体内部,使液体表面积缩小,因此在液体表面的切线方向始终存在一种使液体表面积缩小的力,其合力指向液体内部的作用力,这种力称为液体表面张力。

液体的表面张力大小受很多因素的影响。

如果不考虑液体内部其它组元向液体表面的偏聚和液体外部组元在液体表面的吸附,液体表面张力大小主要受物质本身结构、所接触的介质和温度的影响。

(1)液体的表面张力来源于液体内部原子或分子间的吸引力,因此液体内部原子或分子间的结合能的大小直接影响到液体的表面张力的大小。

一般来说,液体中原子或分子间的结合能越大,表面张力越大。

具有金属键原子结合的物质的表面张力最大;其次由大到小依次为:离子键结合的物质、极性共价键结合的物质、非极性共价键结合的物质。

(2)液体的表面张力的产生是由于处于表面层的原子或分子一方面受到液体内部原子或分子的吸引,另一方面受到液体外部原子或分子的吸引。

当液体处在不同介质环境时,液体表面的原子或分子与不同物质接触所受的作用力不同,因此导致液体表面张力的不同。

一般来说,介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能越高,液体的表面张力越小;反之,介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能越低,液体的表面张力越大。

(3)液体的表面张力还与温度有关。

温度升高,液体的密度降低,液体内部原子或分子间的作用力降低,因此液体内部原子或分子对表面层的原子或分子吸引力减弱,导致液体的表面张力下降。

预测液体表面张力与温度关系的半经验表达式为:γ = γ0(1-T/T c)n式中T c为液体的气化温度,γ0为0K时液体的表面张力。

( 举例:水的表面张力随温度的升高而下降的趋势。

这一变化规律可以从两个方面进行解释:一方面,随温度升高,水的体积膨胀,内部分子间距离增大,导致水中内部分子对表面分子的吸引力降低;另一方面,随温度升高,蒸汽压提高,气相中的分子对水表面分子的吸引力增大。

)4.固体表面能的影响因素。

影响固体表面能的主要因素有:固体原子间的结合能、固体表面原子的晶面取向和温度。

(1)由于表面能的大小主要取决于形成固体新表面所消耗的断键功,因此原子间的结合能越高,断开相同结合键需要消耗的能量越高,所形成的固体表面能越高。

(2)由于固体晶体结构是各向异性的,不同晶面的原子面密度不同,所以形成单位面积的新表面需要断开原子键的数量不同,导致所形成的表面能不同。

一般来说,固体表面原子面密度越高,形成单位面积的新表面需要断开原子键的数量越小,表面能越低。

(3)与液体一样,固体的表面能随温度的升高而下降,并且固体表面能随温度升高而下降的速度大于液体。

5.计算并讨论立方晶系(100)、(110)和(111)面的表面能大小。

采用“近邻断键模型”来计算固体晶体的表面能。

假设:第一,每个原子只与其最近邻的原子成键(最近邻原子数即为该晶体结构的配位数),并且只考虑最近邻原子间的结合能;第二,原子间的结合能不随温度变化。

对于具有任意晶体结构的固态晶体,某一晶面{hkl}的表面能(γS{hkl})可以用下式计算:γS{hkl} = N{hkl}Z(Ua/2) 其中N{hkl}为{hkl}晶面单位面积的原子数,Z为晶体沿{hkl}晶面断开形成新表面时{hkl}晶面上每个原子需要断裂的键数。

简单立方:面心立方:体心立方aaa(a)单胞结构(c){011}晶面(b){001}晶面(d){111}晶面a (a)单胞结构a(b){001}晶面a(c){011}晶面(d){111}晶面6. 固体晶体表面形状的形成原则和确定方法。

固体晶体的表面平衡形状一方面取决于所形成的总表面积大小,但更重要的是决定于构成表面的晶面表面能大小。

一般情况下,固体晶体的表面由那些表面能较低的低指数晶面组成,从而形成多面体形状。

形成的原则是固体总表面自由能最低。

确定方法:在一个单晶体平衡多面体中,由多面体中心引出一组矢量,方向与多面体各表面垂直,矢量的长度与各晶面的表面能成正比。

在各矢量的端点做垂直于该矢量的平面,各平面相交则得到晶体的平衡形状。

按照Wuff 提出的晶体平衡形状的半经验规律,OA/OB = γ(10) /γ(11)。

再根据两个四边形的公共部分所组成的八边形的面积应该为1cm 2,就可以最终确定该八边形的尺寸。

7. 对比分析固体表面物理吸附和化学吸附的主要特点。

物理吸附:(1)固体表面的分子或原子具有不均匀力场,当气体分子(原子)接近固体表面时,将受到固体表面分子(原子)的吸引力,在固体表面形成富集。

这种现象为物理吸附。

(2)如果被吸附物质深入到固体体相内部,则称为吸收。

(3)物理吸附的作用力是范德华力,可以看作是气体冷凝形成的液膜,因此物理吸附热的数值与液化热相似。

(4)因为范德华力存在于任何分子之间,因此物理吸附没有选择性。

(5)物理吸附速度一般较快。

(6)物理吸附往往容易脱附,是可逆的。

次表面最表面 再次表(b)0.59cm 0.32cm (11) (10) (a) (11) (10) O A B化学吸附:(1)通过电子转移或电子对共用形成化学键或生成表面配位化合物等方式产生的吸附为化学吸附。

(2)化学吸附的作用力是化学键力,吸附力较大,吸附热与化学反应热相似。

(3)只有固-液体系满足化学反应的热力学条件时,化学吸附才能发生,因此化学吸附有选择性。

(4)化学吸附需要一定的活化能,所以吸附速度较慢。

(5)化学吸附一般不发生脱附,所以是不可逆的。

8.固体表面吸附Langmuri等温式的基本假设、推导过程和物理含义。

基本假设:(1)固体表面是均匀的,表面各个位置发生吸附时吸附热都相等。

(2)固体表面存在一定的活化位置,每个活化位置只能吸附一个分子(原子)。

(3)吸附只发生在固体的空白表面上,并且是单分子层吸附。

(4)被吸附分子(原子)间没有相互作用力。

(5)当吸附在固体表面的分子(原子)热运动足够大时,又可发生脱附。

(6)吸附速率和脱附速率相等时,达到动态平衡假设固体表面有S个吸附位,其中已被吸附了S1个,还有S0个未被吸附,则:固体表面已被吸附的面积分数为:θ= S1/S固体表面未被吸附的面积分数为:1-θ=S0/S气体的吸附速率v1与气体的压力p和未被吸附面积分数(1-θ)成正比:v1 = k1p(1-θ)已吸附分子(原子)的脱附速率v2与已被吸附面积分数(θ)成正比:v2 = k2θ式中k1和k2为比例常数,在恒温下吸附与脱附达到平衡时,有:v1 = v2即:k1p(1- θ) = k2θ, θ = k1p/(k2 + k1p)令:吸附系数b = k1/k2,则:θ = bp/(1 + bp)Langmuri等温式描述了固体表面已被吸附的面积分数(θ )与气体平衡压力(p)之间的关系。

9.固体表面吸附质超点阵的概念及表示方法被吸附粒子在金属表面形成了规律排列的二维点阵,称为超点阵。

可用Wood标注法说明超点阵与金属表面点阵之间的关系。

如果金属表面点阵的基矢为a1和a2,超点阵的基矢为a s1和a s2,则超点阵单元基矢的标注为(a s1/a1×a s2/a2)。

超点阵表示方法:图中给出的四种超点阵标注分别为:(1×1)、(2×2)、C(2×2)和(3×1)。

其中C表示在超点阵单元中心多出一个吸附原子。

一个超点阵图样的Wood完整标注还应包括吸附剂和吸附质的种类和表面覆盖率。

例如:Ni(111)-C(2×2)-O(1/4)表示氧在金属镍的(111)表面吸附时,当表面覆盖率达到θ =1/4时,得到的超点阵图样为C(2×2)。

10.讨论液体在固体表面的润湿与铺展现象。

(看书和PPT)(1)润湿现象及润湿角液体在固体表面上铺展的现象,称为润湿。

润湿与不润湿不是截然分开的,可用润湿角进行定量描述。

润湿角定义:当固液气三相接触达到平衡时,从三相接触的公共点沿液—气界面作切线,切线与固-液界面的夹角为润湿角。

润湿角大小与润湿程度的关系:θ<90 o:润湿θ>90 o:不润湿θ=0 o:完全润湿θ=180o:完全不润湿润湿角公式:σs-g=σs-l+σl-g cosθ所以cosθ=(σs-g-σs-l)/σl-g当σs-g>σs-l时,cosθ>0,θ<90 o,σs-g与σs-l差越大,润湿性越好。

当σs-g<σs-l时,cosθ<0,θ>90 o,σs-g与σs-l差越大,不润湿程度越大。

以上方程的使用条件:σs-g-σs-l≤σl-g,σs-g为固体的表面能(2) 液体在固体表面的铺展内聚功Wc表征了相同液体表面间吸引强度;粘附功Wa表征了不同液体或固体与液体之间的吸引强度。

一种液体滴在另一种与其不相溶的液体或固体表面上,可能发生两种情况:第一,液滴在另一液体或固体表面不铺展而成为凸镜或液滴,这时表明液滴本身内聚功大于该液体对另一液体或固体的粘附功。

第二,液滴在另一液体或固体表面铺展开而形成一层薄膜,这时表明液滴的本身内聚功小于该液体对另一液体或固体的粘附功。

一种液体能否在另一种与其不相溶的液体或固体表明上铺展,可用粘附功和内聚功之差来表示:S=Wa-Wc=[σA+σB-σAB]-2σ B=σA-σB-σABS-铺展系数S>0时,B在A表面上会自动铺展开,S值越大,铺展越容易S<0时,B在A表面上不铺展,负值越大,铺展越难S>0是铺展的基本条件,这时σA-σB-σAB>0对液相在固相表面的铺展:σA=σs-gσB=σl-gσAB=σl-s,所以σs-g-σl-s-σl-g >0,所以σs-g-σl-s >σ l-g。

这时润湿角方法已经不能再适用。

铺展是润湿的最高标准11.分析晶界结构模型。

多晶体中各晶粒之间的交界——晶界。

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