材料表界面
一、答：表、界面是指由一个相到另一相的过渡区域，通常把凝固相和气相之间的分界面称为表面，把凝固相之间的分界面称为界面。分为两大类：物理表面和材料表面。物理表面又分为：理想表面、清洁表面、吸附表面；材料表面有如下几类：机械作用界面、化学作用界面、固态结合界面、液相或气相沉积界面、凝固共生界面、粉末冶金界面、粘结界面、熔焊界面等。
在国民经济建设各领域，表、界面科学亦显示出愈来愈重要的作用。主要应用在食品、土壤化学、造纸、涂料、橡胶、建材、冶金、能源、电子工业和航天技术等领域。
二、答：溶质的浓度对溶剂表面张力的影响有三种类型，第一类物质的加入会使溶剂的表面张力略为升高，属于此类物质有强电解质（如无机盐、酸、碱）；第二类物质的加入会使溶剂的表面张力逐渐降低（如低碳醇、羧酸等有机物）；第三类物质少量加入就会使溶剂表面张力急剧下降，但到一定浓度后，表面张力变化很缓慢或几乎不下降，趋于一个稳定值。
我们把能使溶剂（通常为水）表面张力降低的物质称为具有表面活性的物质，如第二类和第三类物质都能使溶剂表面张力降低，它们都具有表面活性。
表面活性剂的种类很多，按亲水基类型分类是表面活性剂分类的主要方法，表面活性剂溶于水能电离生成离子的叫做离子型表面活性剂；不能电离的叫非离子型表面活性剂。离子型表面活性剂按生成离子的性质可分成阴离子、阳离子和两性表面活性剂。按相对分子质量分类：低分子表面活性剂，相对分子质量200-1000；中分子表面活性剂，相对分子质量1000-10000；高分子表面活性剂，相对分子质量10000以上。按工业用途分类:表面活性剂可分为渗透剂、润湿剂、乳化剂、分散剂、起泡剂、消泡剂、净洗剂、杀菌剂、匀染剂、缓染剂、柔软剂、平滑剂、抗静电剂防锈剂等。有的表面活性剂可同时具有几种功能。
三、答：陶瓷材料为无机非金属粉末晶体在一定条件下形成的多晶聚集体。表面结构:由于表面处原子周期性排列突然中断，形成了附加表面能，表面原子的排
列与内部有明显的差别。晶界:晶界是多晶体中由于晶粒取向不同而形成的，可以分为孪晶界、小角度晶界和大角度晶界。相界有较高的压电、介电性，可由结晶相和玻璃相、气相共同构成，在亚微米和微米级范围内，无法明确区分三类界面厚度。
四、填空题
（1）33.2、41.5、42.0 ；66.4、83.0、84.0 ； 因为聚乙烯结构单元的摩尔体积V 和等张比容P 分别为32.9、78.0，则 P/V=2.37，聚氯乙烯结构单元的摩尔体积V 和等张比容P 分别为45.2、115.2，则P/V=2.55，由公式σ=(P/V)4可知聚氯乙烯的表面张力比聚乙烯大；而聚苯乙烯结构单元的摩尔体积V 和等张比容P 分别为98.0、250.9，则P/V=2.56，由公式σ=(P/V)4可知聚苯乙烯的表面张力比聚氯乙烯大；
（2） 17.9 、12.7、12.7、1.07；
（3）S = -k[
r n ㏑﹙n ﹚+﹙1-n ﹚㏑﹙1-n ﹚]； S = -k[
r n ㏑﹙n ﹚+﹙1-n ﹚㏑﹙1-n ﹚] ； （4）])(22[1
222dz dn
b z n z εε'-Ω；n z 2
1ε
Ω ； （5）)(2)]1ln()1()ln([)1(2{1
dz dn
b z n n n r n
KT n n z r εε
'---++-Ω=?+∞∞
-2}dz ；
五、判断题
（1）√（2）√（3）×（4）√（5）×
（6）√（7）×（8）√（9）√（10）×
六、简答题
（1）答:因为这些惰性气体的原子不直接与聚合物表面反应，结合到大分子链中，但是这些非反应性气体等离子体中的高能粒子轰击聚合物表面，可使材料表面产
生大量自由基，使表面形成致密的交联结构。此外，若被处理的聚合物中含有氧，则等离子体轰击大分子链断裂分解产生活性氧，其效果可类似于氧等离子处理。如果材料本身不含氧，则惰性等离子处理后的新生自由基，其半衰期可达2-3天，因此能与空气中的氧作用，导致氧结合到大分子链上。因此，非活性等离子体处理也对聚合物表面有明显的改性效果。
（2）答:作用机理：X基团水解，形成硅醇；硅醇的硅羟基之间以及硅醇硅羟基与玻璃纤维表面硅羟基之间形成氢键；硅羟基之间脱水形成-Si-O-Si-键；这样，硅烷偶联剂与玻璃纤维表面以-Si-O-Si-化学键结合，同时在玻璃纤维表面缩聚成膜，形成了有机基团R朝外的结构；有机基团R中可含有-C=C-，-NH2，-SH 等反应性基团；通过基团R中的活性官能团与基体树脂的反应，偶联剂与基体以化学键结合起来。
（3）①当接触角很大时，接近或等于1800时，液体在固体表面形成球形与固体
相切。而液体有重力，并且σ
LG 的垂直分子σ
LG
Sinθ的作用不能使其与固体表面
相切。②根据接触角公式，θ为1800时，W
sc
为0，液固体分子之间没有吸引力，分开固-液界面不需要做功。此时，固体完全不为液体湿润。由于重力、吸引力的作用，故简单流体在完美底物上也不可能形成球形。
（4）答:自由能密度分为焓密度和熵密度两个影响因素，焓密度与温度无关，对于熵密度，当温度升高，其熵能量为负值且是线性函数关系，故表面能随温度升高而线性下降。分子量增加，则参数r增加，导致熵能量减小，则表面能增加；焓项不变，但当达临界值时，熵密度已趋于0，则表面能基本不变，故表面能随分子量的增加而增加、待分子量增加到一临界值后其值基本不变。极性增加时，由于能量ε为负值，则它相应减小，焓项增加；同时，参数r增加，熵能量减小，则表面能增加，故表面能随极性增加而增加。
（5）表面能可有焓项和熵能量项两部分表示，当T=0 K时，熵能量为零，我们只需讨论焓项的影响。故（见下一页）
H S =01v 23102)(22
[dz dn v z n z εε'-?∞+∞-z n z ]2ε- =01v 32023102])(22[v z dz dz dn v z z εεε'-=-?∞+∞-
材料表界面复习资料
第 1 章绪论 物理表面：三维的规整点阵到体外空间之间的过渡区域, 这个过渡区的厚度随材料的种类不同而异, 可以是一个原子层或多个原子层。是不同于两相的第三相。 理想表面：是指除了假设确定的一套边界条件外, 系统不发生任何变化的表面。 清洁表面：指不存在任何污染的化学纯表面, 即不存在吸附、催化反应或杂质扩散等物理、化学效应的表面。 谓弛豫：表面附近的点阵常数发生明显的变化。 重构：表面原子重新排列, 形成不同于体内的晶面。 台阶化：指出现一种比较规律的非完全平面结构的现象。 吸附：指气相中的原子或分子在气固或液固界面上的聚集。 偏析：指溶液或溶质在相界、晶界或缺陷上的聚集。吸附和偏析是化学组分在表面区的变化。吸附表面：吸附有外来原子的表面。 第2章液体表面 系统的能量越低越稳定, 故液体表面具有自动收缩的能力。 表面张力：是单位长度上的作用力, 单位是N/ m。它是反抗表面扩大的一种收缩力, 它的作用是使一定体积的系统具有最小的表面积。 也可以理解为系统增加单位面积时所需作的可逆功, 单位为J/ m2, 是功的单位或能的单位, 所以σ也可以理解为表面自由能, 简称表面能。 单组分液体的表面张力等于比表面自由能。 附加压力的方向总是指向曲率中心一边, 且与曲率大小有关, Laplace 方程： 球面：Δp = 2?/ r任意曲面：Δp = ?( 1/ r1 + 1/ r2 )当曲率半径r1 = r2= r, 曲面成为一个球面, 对于平液面，两个曲率半径都为无限大，Δp = 0，表示跨过平液面不存在压差。 液体表面张力的测定： 1 毛细管法 当毛细管浸在液体中, 若液体能完全浸润管壁, 则会发生毛细上升现象, 液面呈凹月形。反之, 若液体完全不浸润管壁, 则液面下降呈凸液面。 毛细升高现象可用Laplace 方程处理。假定毛细管截面是圆周形, 且管径不太大, 并假定凹月面可近似看作半球形, 此时不仅两个曲率半径相等, 而且都等于毛细管半径r。 由Laplace 公式可得Δp = 2σ/ r则压差Δp应等于毛细管内液柱的静压强Δρgh，即Δρgh = 2σ/ r (1) Δρ为液气两相密度差, g为重力加速度。 也可以改写成:a2= 2σ/ Δρg = rh (2) a为毛细常数, 它是液体的特性常数。 当液体完全不浸润管壁时, 式(2 -21)仍适用, 毛细上升改为毛细下降, h 表示下降深度。 更普遍的情况是液体与管壁之间的接触角θ介于0°～180°之间, 若弯月面仍为球面, 则有:Δρgh =2σcosθ/r(3) 由式(1)或式(3) , 从毛细升高或下降的高度h , 即可求出液体的表面张力。 2 最大气泡压力法 将一根毛细管插入待测液体中，缓缓通入惰性气体，使其在管端形成气泡逸出,当毛细管很细时，可假设气泡在生成过程中始终是球体的一部分。但气泡在发展过程中半径由大变小，当气泡形状恰为半球时，气泡的半径最小，正好等于毛细管半径,Δp也相应达到最大值。实验过程中用连接在毛细管上的U形压力计测出最大气泡压力，则Δp max =Δρgh = 2σ/ r，若测试中，毛细管下端在液面下的深度为t，则Δpmax =Δρgh - p t 。 3 滴重法 是一种既精确又方便的方法。它既可测定气液表面张力, 又可测液液界面张力。
材料表面与界面复习题
第一章 1.试述表面张力（表面能）产生的原因。怎样测试液体的表面张力？ （1）原因 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。 （2）测试 ①毛细管上升法 测定原理 将一支毛细管插入液体中, 液体将沿毛细管上升, 升到一定高度后, 毛细管内外液体将达到平衡状态, 液体就不再上升了。此时, 液面对液体所施加的向上的拉力与液体总向下的力相等。则γ=1 /2(ρl-ρg)ghrcosθ(1) (1)式中γ为表面张力, r为毛细管的半径, h为毛细管中液面上升的高度,ρl为测量液体的密度,ρg为气体的密度( 空气和蒸气) , g为当地的重力加速度, θ为液体与管壁的接触角。若毛细管管径很小, 而且θ=0 时, 则上式(1)可简化为γ=1/2ρghr (2） ②Wilhelmy 盘法 测定原理 用铂片、云母片或显微镜盖玻片挂在扭力天平或链式天平上, 测定当片的底边平行面刚好接触液面时的压力, 由此得表面张力, 公式为: W总-W片=2γlcosφ 式中,W总为薄片与液面拉脱时的最大拉力,W片为薄片的重力, l为薄片的宽度, 薄片与液体的接触的周长近似为2l, φ为薄片与液体的接触角。 ③悬滴法 测定原理 悬滴法是根据在水平面上自然形成的液滴形状计算表面张力。在一定平面上, 液滴形状与液体表面张力和密度有直接关系。由Laplace 公式, 描述在任意的一点P 曲面内外压差为 式中R1, R2 为液滴的主曲率半径; z 为以液滴顶点O为原点, 液滴表面上P 的垂直坐标; P0 为顶点O处的静压力。 定义S= ds/de式中de为悬滴的最大直径, ds为离顶点距离为de处悬滴截面的直径再定义H=β(de/b)2 则得γ= (ρl-ρg)gde2/H 式中b为液滴顶点O处的曲率半径。若相对应与悬滴的S值得到的1/H为已知, 即可求出表(界) 面张力。即可算出作为S的函数的1/H值。因为可采用定期摄影或测量ds/de 数值随时间的变化, 悬滴法可方便地用于测定表(界)面张力。 ④滴体积法 测定原理 当一滴液体从毛细管滴头滴下时, 液滴的重力与液滴的表面张力以及滴头的大小有关。表示液滴重力(mg) 的简单关系式:mg=2πrγ实验结果表明, 实际体积小得多。因此就引入了校正因子f(r/V1/3), 则更精确的表面张力可以表示为:γ= mg/{2πrf(r/v1/3)}其中m为液滴的质量, V 为液滴体积, f 为校正因子。只要测出数滴液体的体积, 就可计算出该液体的表面张力。 ⑤最大气泡压力法 测定原理
材料表界面范围
第一章绪论 名词解释：表、界面；物理表面 表界面是指由一个相到另一个相的过渡区域。 物理表面：三维规整点阵到体外空间之间的过渡区域；厚度随材料种类而异，从一个到多 个原子层不等。 基本知识点： 1、表、界面现象的研究对象通常为具有多相性的不均匀体系，即体系中一般存在两个或两个以上不同性能的相。 2、表界面指相与相之间的过渡区域，因此表界面区的结构、能量、组成等都呈现连续的梯度变化。 3、按照扩散的微观机制可将表面扩散分为两类：自扩散和互扩散。 4、固体中的扩散是通过原子的随机运动进行的，因此扩散的前提是有可供原子运动的空间。 5、扩散过程的微观机制是缺陷的运动。 6、晶界迁移是重要的界面扩散传质现象，可由不同的驱动力引起；晶界迁移的特点与处于一定能量状态的晶界原子结构特点密切相关，其过程的本质是晶界能量的下降。 公式： 第二章液体界面 名词解释：表面张力：液体表面任意二相邻部分之间垂直于它们的单位长度分界线相互作用的拉力表面 自由能：广义，保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。狭义，保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能。 特劳贝(Traube)规则；在同系物溶液中，欲使表面张力降低得一般多，所需溶液浓度因分子中每增加一个亚甲基-ch2-而减少为原来的三分之一。 基本知识点： 1、表面张力本质上是由分子间相互作用力，即范德瓦尔斯力产生的； 2、表面张力产生的根本原因是分子间相互作用力不平衡引起的； 3、处在液体表面层的分子与其内部分子所受力场相同（错）； 4、气液界面的分子净受到指向液体内部的引力，该引力主要是范德华力；（对） 5、由于系统的能量越低越稳定，所以液体表面有自动收缩的能力；（对） 6、表面弯曲的液体在表面张力的作用下，表面上承受着附加压力，且方向总是指向液体内部；（错） 7、跨过平液面不存在压差；（对） 8、毛细管法测液体表面张力时，要求毛细管被所测液体完全浸润。（错） 9、Kelvin公式表明：液滴的半径越小，其蒸汽压越大；气泡的半径越小，其蒸汽压越小。 10、利用毛细管法测液体表面张力时，当毛细血管浸在液体中，若液体能浸润管壁，则会发生毛细上升现象，液面呈凹月形；若液体不能浸润管壁，则液面下降呈凸液面。 11、跨过一个平表面不存在压力差，而跨过曲面必然存在压力差。（对） 12、弯曲表面，△P与表面张力成正比，而与曲率半径成反比；（错） 13、人工降雨利用凸液面饱和蒸气压大于平液面蒸气压的原理，向云层提供凝结中心达到降雨目的；（对） 简答题： 1、应用Kelvin公式解释以下现象：①人工降雨；②过热液体；③过饱和溶液。 根据公式： （1）当空气中的水蒸气凝结时，首先形成非常小的液核，在液核存在的基础上继而长大形成大的液滴，从而发生水蒸气的凝结。初始形成的液核半径非常小，对应的饱和蒸气压远
材料表界面思考
第二章液体表面 1.表面张力产生的原因是什么？ 2.表面张力与温度的关系是什么？ 3.表面张力的两种定义以及相关计算。 4.拉普拉斯方程以及相关计算。 5.液体表面张力的测定方法有哪些？ 6.毛细管法测定表面张力的公式（注意式中的r代表什么） 7.开尔文公式以及相关计算（过饱和度、毛细管液体饱和蒸气压） 8.试着利用开尔文公式解释人工降雨、过热液体、过冷水、过饱和液体现象。 9.为什么对毛细管法要进行修正？ 10.吉布斯吸附等温式以及相关计算。 11.三类物质。 第三章固体表面 1.固体表面的三大特性是什么？ 2.比较物理吸附和化学吸附的区别。 3.朗格缪尔吸附等温式及BET吸附等温式（计算）。 4.朗格缪尔吸附等温式的缺点（3点） 5.如何用BET吸附等温式求得比表面积？（计算） 第四章固-液界面 1.杨氏方程的掌握（计算），润湿程度的判别（利用接触角θ）。
2.粘附功和内聚能的定义。 3.杨-杜方程的掌握，如何测定固液界面的粘附功？（停滴法） 4.接触角的测定方法主要有哪些？ 5.接触角的滞后现象，前进角和后退角各反映了什么区域（表面能）？ 6.为什么说铺展润湿是润湿的最高形式？ 7.润湿的三种类型，以及相应的判别公式。 8.水能否在汞表面铺展？（类似题目的计算，可利用铺展系数或者杨氏方程判别） 第五章表面活性剂 1.什么是表面活性剂？分子结构上特点是什么？ 2.简述表面活性剂的浓度对溶液的表面张力的影响，为什么会有这样的影响？ 3.表面活性剂按照亲水基可分为哪些？ 4.阳离子、两性表面活性剂的各自的特点是什么？ 5.非离子表面活性剂的特点以及下属的分类（聚乙二醇型和多元醇型）。 6.非离子表面活性剂的亲水基团是什么？ 7.为什么聚乙二醇的醚键具有亲水性？（提示：锯齿型→ 曲折型） 8.氟系表面活性剂的特点。（为什么碳氟链有良好的防水、防油、易清洗的优点？） 9.冠醚类大环化合物主要的应用是什么？（相转移催化机理是什么？） 10.HLB是什么？HLB的大小代表什么？ 11.非离子型中聚乙二醇型的HLB计算公式以及多元醇型HLB计算公式。 12.其它类型的表面活性剂的HLB计算公式又是什么？ 13.什么是相转型温度？和HLB相比，PIT有什么优点？（HLB有什么不足之处）
哈工大材料学院-材料表界面复习资料
复习内容： 一液体表面 1研究液体结构的基本假设。 （1）组成液体的原子（或分子）分布均匀、连贯、无规则；(2)液体中没有晶态区域和能容纳其他原子或分子的孔洞；（3）液体的结构主要由原子间形成的排斥力决定。 2间隙多面体，径向分布函数。 液体结构的刚性球自由密堆可以用间隙多面体来表示，其中原子处在多面体间隙的顶点。液体自由密堆结构的5种理想间隙：(a)四面体间隙；(b) 八面体间隙；(c)三棱柱的侧表面被覆盖3个半八面体间隙；(d)阿基米德反棱柱被覆盖2个半八面体间隙；(e)正方十二面体 四面体间隙占了主要地位，所以四面体间隙配位是液体结构的另一特征，四面体配位中的各相邻原子的间距就成为液体结构的最近邻原子间距。 随着温度升高（低于材料熔点Tm），原子间距增加，原子震动幅度提高，但仍然保持有序结构。这时的原子数量的变化不再是一系列离散的线，所以再用原子数量（N(r)）来表示不同径向距离（r）处原子的分布就显得不太合适，而通常采用的方法是用在不同径向距离（r）处原子出现的密度来表示。用密度分布函数ρ(r)来代替离散的数量值N(r)时，分布函数的峰值就代表了在距离中心原子r处原子出现的概率。 3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，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。 4 液体表面张力的概念及影响因素。 液体表面分子或原子受到内部分子或原子的吸引，趋向于挤入液体内部，使液体表面积缩小，因而在液体表面切向方向始终存在一种使液体表面积缩小的力，液体表面这种沿着切向方向，合力指向液体内部的作用力，就称为液体表面张力。 液体表面张力影响因素很多，如果不考虑液体内部分子或原子向液体表面的偏聚和外部原子或分子对液体表面的吸引，影响液体表面张力的因素主要有： (1)液体自身结构：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，液体中原子或分子的结合能越大，液体表面张力越大，一般液体表面张力随结构不同变化趋势是：金属键结合物质>离子键结合物质>极性共价键结合物质>非极性共价键结合物质 (2)表面所接触的介质：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原子或分子结合能越大，液体表面能越小，反之越大 (3)温度：随着温度的升高，液体密度下降，液体内部原子或分子间的作用力降低，液体内部原子或分子对表面原子或分子的吸引力减弱，液体表面张力下降。最早给出的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。 5液体表面偏聚。 液体中溶质原子向液体表面偏聚可以降低液体的表面能，因此是自发进行的过程。表面能随组成液体的比例变化越大，产生表面偏聚倾向性越大。
《材料表面界面和微结构分析表征》复习提纲1
《材料表面界面和微结构分析表征》复习提纲 绪论 掌握现代分析技术的原理、特点和分类。 作业与思考: 试述体分析,表面分析和微区分析的概念并举例. 第一章表面科学与表面分 1. 了解表面分析仪的组成、各部分的功能和要求； 2. 掌握X-射线发射机理、命名、谱线波长和相对强度变化规律。 3. 掌握电子能量分析器工作原理以及表述方法。 作业与思考： 1. 画图并通过数学推导详述CHA电子能量分析的工作原理； 2. 画图并说明特征X-射线发射机理； 3. 画图并说明特征X-射线的命名、谱线波长和相对强度的变化规律。 第二章俄歇电子能谱 1. 掌握Auger效应，Auger 跃迁的过程和Auger 电子的命名 2. 了解Auger电子能谱的认识 3. 掌握决定Auger 峰能量的因素 4. 了解Auger峰精细结构与化学状态分析 5. 掌握Auger信号强度与AES 定量分析（概念、方法和公式等）。作业与思考：
1.分别画图并说明电子和X-射线与物质相互作用产生Auger 电子跃迁的过程； 2.决定Auger 信号强度的主要因素有哪些？ (1)元素电离几率；(2)Auger跃迁几率；(3)Auger的逃逸深度。 入射电流强度IP 电离几率σax (1+γm ) 俄歇跃迁几率PA 仪器因素T & D 原子浓度NA 信息深度Z 3 AES 定性分析的依据是什么？ (1)峰位(能量) ，由特定元素原子结构确定; (2)元素的峰数，由特定元素原子结构确定(可由量子力学估计); (3)各峰相对强度大小也是该元素特征; 以上三条是俄歇能谱定性分析的依据，这些数据均有手册可查。 4. AES 定量分析方法和对应公式是什么？ 标样法 灵敏度因素法 5.根据不锈钢样品的AES谱图，量得Cr529(eV)、Fe703(eV) 和Ni848(eV)的Auger 峰高分别为4.6、9.8 和1.6，查表得Cr、Fe和Ni对应的灵敏度因子分别为0.28、0.19 和0.26,试计算该不锈钢样品表面的Fe、Cr 和Ni 的含量(%)。
材料表面与界面复习题2013
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。
材料表面与界面复习题
1.液体的原子结构的主要特征。 液体的原子结构存在以下三个主要特征： (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，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.液体表面张力的概念和影响因素。 液体表面分子或原子受到内部分子或原子的吸引，趋向于挤入液体内部，使液体表面积缩小，因而在液体表面切向方向始终存在一种使液体表面积缩小的力，液体表面这种沿着切向方向，合力指向液体内部的作用力，就称为液体表面张力。 液体表面张力影响因素很多，如果不考虑液体内部分子或原子向液体表面的偏聚和外部原子或分子对液体表面的吸引，影响液体表面张力的因素主要有： (1)液体自身结构：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，液体中原子或分子的结合能越大，液体表面张力越大，一般液体表面张力随结构不同变化趋势是：金属键结合物质>离子键结合物质>极性共价键结合物质>非极性共价键结合物质 (2)表面所接触的介质：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原子或分子结合能越大，液体表面能越小，反之越大 (3)温度：随着温度的升高，液体密度下降，液体内部原子或分子间的作用力降低，液体内部原子或分子对表面原子或分子的吸引力减弱，液体表面张力下降。最早给出的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。 3.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。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。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。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。 4.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”（Nearest-neighbor broken-bond model）来计算固体晶体的表面能，两点假设： 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（-Ua）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) 式中，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。
材料表界面
一、答：表、界面是指由一个相到另一相的过渡区域，通常把凝固相和气相之间的分界面称为表面，把凝固相之间的分界面称为界面。分为两大类：物理表面和材料表面。物理表面又分为：理想表面、清洁表面、吸附表面；材料表面有如下几类：机械作用界面、化学作用界面、固态结合界面、液相或气相沉积界面、凝固共生界面、粉末冶金界面、粘结界面、熔焊界面等。 在国民经济建设各领域，表、界面科学亦显示出愈来愈重要的作用。主要应用在食品、土壤化学、造纸、涂料、橡胶、建材、冶金、能源、电子工业和航天技术等领域。 二、答：溶质的浓度对溶剂表面张力的影响有三种类型，第一类物质的加入会使溶剂的表面张力略为升高，属于此类物质有强电解质（如无机盐、酸、碱）；第二类物质的加入会使溶剂的表面张力逐渐降低（如低碳醇、羧酸等有机物）；第三类物质少量加入就会使溶剂表面张力急剧下降，但到一定浓度后，表面张力变化很缓慢或几乎不下降，趋于一个稳定值。 我们把能使溶剂（通常为水）表面张力降低的物质称为具有表面活性的物质，如第二类和第三类物质都能使溶剂表面张力降低，它们都具有表面活性。 表面活性剂的种类很多，按亲水基类型分类是表面活性剂分类的主要方法，表面活性剂溶于水能电离生成离子的叫做离子型表面活性剂；不能电离的叫非离子型表面活性剂。离子型表面活性剂按生成离子的性质可分成阴离子、阳离子和两性表面活性剂。按相对分子质量分类：低分子表面活性剂，相对分子质量200-1000；中分子表面活性剂，相对分子质量1000-10000；高分子表面活性剂，相对分子质量10000以上。按工业用途分类:表面活性剂可分为渗透剂、润湿剂、乳化剂、分散剂、起泡剂、消泡剂、净洗剂、杀菌剂、匀染剂、缓染剂、柔软剂、平滑剂、抗静电剂防锈剂等。有的表面活性剂可同时具有几种功能。 三、答：陶瓷材料为无机非金属粉末晶体在一定条件下形成的多晶聚集体。表面结构:由于表面处原子周期性排列突然中断，形成了附加表面能，表面原子的排
材料化学 李奇 陈光巨 编写 第六章 课后答案
第6章习题答案 1.纳米的基本涵义是什么?简述为什么纳米材料会表现出许多前所未有的新特性? 答：纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料。它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为100~102nm。它包括体积分数近似相等的两个部分：一是直径为几个或几十个纳米的粒子二是粒子间的界面。前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。 由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。即纳米材料显现出纳米效应，具体表现为三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。 由于纳米效应，纳米材料光学、热学、电学、磁学、力学乃至化学性质也就相应地发生十分显著的变化。因此纳米材料具备其它一般材料所没有的优越性能，可广泛应用于电子、医药、化工、军事、航空航天等众多领域，在整个新材料的研究应用方面占据着核心的位置。 2.纳米材料可分为哪几类? 答：纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。 纳米粉末又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。 3.比较小尺寸效应和量子尺寸效应。 答：纳米颗粒的小尺寸所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。当纳米材料中的微粒尺寸小到与光波波长或德布罗意波波长、超导态的相干长度等物理特征相当或更小时，晶体周期性的边界条件被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，使得
天津工业大学材料表界面作业题汇总解答
课后习题解答 第一次作业 1、表面张力产生的原因？ 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。 2、毛细管插入汞中，管中汞柱表面呈凸形，管中液面比管外液面低。若在常压下，气温降低了，此时毛细管中汞面是上升、不变、还是下降？为什么？ （提示：表面张力随温度的降低而升高） 毛细管中汞面是下降。因为气温降低，表面张力将升高，根据Laplace 方程，r p /2σ=?，对于凸液面，表面张力增大，液面下降。下降高度pgh h ?=σ2。 第二次作业 1、请解释下列现象中的任一个： （1）过冷水 （2）过热液体 （3）过饱和液体 （1）根据Kelvin 公式，微小晶体的蒸气压要比大晶体的蒸气压大，故小晶
体的蒸气压曲线在上方，它与过冷水曲线的交点即为小晶体的熔点。小晶体的熔点低于O点对应的温度，所以对液态水来说，温度到达O点对应的温度不会结晶，形成虚线所示的过冷水。 （2）沸腾时，气泡的形成必须经过从无到有，从小到大的过程。而最初形成的半径极小的气泡内的饱和蒸汽压远小于外压， 液体中的小气泡，其曲率半径是负的，根据Kelvin公式，其半径越小，气泡内的饱和蒸气压越小。 小气泡内部承受的压力=p外+?p = p外+2γ/r 因此在外压的压迫下，小气泡难以形成，液体不能沸腾，要想沸腾，必须过热，使小气泡的饱和蒸气压等于外压而沸腾。过热较多沸腾时，容易暴沸。 （3）根据Kevlin公式，微小晶体颗粒的饱和浓度大于普通晶体的饱和浓度，晶体颗粒越小，溶解度越大。当溶液在恒温下浓缩时，溶质的浓度逐渐增大，达到普通晶体的饱和度时，对微小晶体仍未达到饱和，所以不析出微小晶体，溶液称为过饱和溶液。 在一个饱和溶液中，若有大小不同的粒子存在，对于大粒子已饱和的溶液，对小粒子仍未达到饱和，所以陈放一段时间，小粒子将消失，大粒子略有增大，这就是重量分析中的陈化过程。 第三次作业 1
材料表界面知识点总结
第九章玻璃表界面 4 玻璃的表面反应 玻璃成型后一段时间就容易被周围环境介质所侵蚀，侵蚀情况主要取决于玻璃的本质（组成）和介质的种类。 4.1 水对玻璃的侵蚀 开始于水中的H+和玻璃中的Na+进行离子交换： 离子交换反应停止的真正原因： ?Na+含量的降低； R n+（n>1)抑制效应 4.2酸对玻璃的侵蚀 除氢氟酸外，一般酸并不直接与玻璃起反应，而是通过水的作用侵蚀玻璃。 浓酸对玻璃的侵蚀能力低于稀酸。 酸对玻璃的作用与水对玻璃作用又有所不同。 高碱玻璃的耐酸性小于耐水性，高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。 4.3 碱对玻璃的侵蚀 硅酸盐玻璃一般不耐碱。 碱对玻璃的侵蚀是通过OH-破坏硅氧骨架（≡Si-O-Si ≡），使Si-O键断裂，SiO2溶解在碱液中。 碱的大量存在使得中和反应能够不断进行，所以，侵蚀不是形成硅酸凝胶薄膜，而是玻璃表面层不断脱落。
碱对玻璃的侵蚀程度与下列因素有关： 侵蚀时间 OH-离子的浓度 阳离子的种类 侵蚀后玻璃表面的硅酸盐在碱溶液中的溶解度 玻璃受碱侵蚀分为以下三个阶段： ?第一阶段，碱溶液中的阳离子首先吸附在玻璃表面； ?第二阶段，阳离子束缚周围的OH-离子，OH-离子攻击玻璃表面的硅氧键。 ?第三阶段，硅氧骨架破坏后变成硅酸离子，和吸附在玻璃表面的阳离子形成 硅酸盐，并逐渐溶解在碱溶液中。 碱性溶液对玻璃的侵蚀机理与水或酸不同 ?水或酸（包括中性盐或酸性盐）对玻璃的侵蚀只是改变、破坏或溶解（沥滤） 玻璃结构组成中R2O、RO等网络外体物质。 ?碱性溶液不仅对网络外体氧化物起作用，而且也对玻璃结构中的硅氧骨架起 溶蚀作用。 大气对玻璃的侵蚀 先是以离子交换为主的释碱过程后逐步过渡到以破坏网络为主的溶蚀过程。 4.4 影响玻璃表面反应性的因素 1) 化学组成的影响 硅酸盐玻璃的耐水性和耐酸性主要取决于硅氧和碱金属氧化物的含量。 玻璃中同时存在两种碱金属氧化物时，由于“混合碱效应”使玻璃的化学稳定性出现极值。
材料科学与工程基础习题和思考题及答案
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案 第二章 2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示）。 2-2.的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。 2-3.试计算N壳层内的最大电子数。若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？ 2-4.计算O壳层内的最大电子数。并定出K、L、M、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。 2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。 2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式： （1）CO2的分子键合（2）甲烷CH4的分子键合 （3）乙烯C2H4的分子键合（4）水H2O的分子键合 （5）苯环的分子键合（6）羰基中C、O间的原子键合 2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？ 2-8.试解释表2-3-1中，原子键型与物性的关系？ 2-9.0℃时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？ 2-10.当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？ 2-11.(a)利用附录的资料算出一个金原子的质量？(b)每mm3的金有多少个原子？(c)根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？(d)假设金原子是球形(r Au=0.1441nm),并忽略金原子之间的空隙，则1021个原子占多少体积？(e)这些金原子体积占总体积的多少百分比？ 2-12.一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2+离子和4个O2-离子，每边的边长是0.478nm，则CaO的密度是多少？ 2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子？ 2-14.计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径r Na+=0.097，r Cl-=0.181）；（C）由计算结果，可以引出什么结论？ 2-15.铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。
材料表界面知识点汇总教学文案
材料表界面知识点汇总 1.表，界面是指一个相到另一个相的过渡区域。 2.表界面可以分为一下五类：固-气，液-气，固-液，液-液，固-固。 3.把凝聚相和气相之间（固-气，液-气）的分界面称为表面；把凝聚相之间（固-液，液-液，，固-固）的分界面称为界面。 4.理想表面的定义：指除了假设确定的一套边界条件外，系统不发生任何变化的表面。特点：表面的原子位置和电子密度都和在体内一样，且在实际生活中理想表面是不可能存在的。 5.清洁表面的定义：指不存在任何污染的化学纯表面，即不存在吸附，催化反应或杂质扩散等一系列物理，化学效应的表面。特点：可以发生多种与体内不同的结构和成分变化。 6.吸附表面的定义：吸附有外来原子的表面称之为吸附表面。特点：吸附原子可以形成无序的或有序的覆盖层。 7.材料表面的分类：机械作用界面，化学作用界面，固态结合界面，液相或气相沉积界面，凝固共生界面，粉末冶金界面，粘接界面，熔焊界面。 8.表面张力的定义：在液体表面膜中，存在着使液体表面积缩小的张力，这种张力称为表面张力。 9.吸附是组分在热力学体系的各相中偏离热力学平衡组成的非均匀
分布现象。通常将被吸附的分子成为吸附质，固体则称为吸附剂。 10.吸附类型分为物理吸附和化学吸附。 11.表面张力计算公式： 12.表面张力产生的根本原因是分子间相互作用力的不平衡引起的。 13.表面张力本质上是由分子间相互作用力，即范德瓦尔斯力，单位为：J/m2 https://www.360docs.net/doc/4314821330.html,place方程:附加压力的方向总是指向曲率中心一边，且与曲率大小有关。 https://www.360docs.net/doc/4314821330.html,place方程：球面：与曲率半径成反比 任意曲面：；对于平液面，两个曲率半径都为无限大，p=0，表示跨过平液面不存在压差。 16.当毛细管浸在液体中，若液体能浸润管壁，则会发生毛细上升现象，液面呈凹月形。反之，若液体不能浸润管壁，则液面下降呈凸液面。 17.Kelvin公式：po为T温度下，平液面的蒸汽压；P为T温度下，弯液面的蒸汽压；V为液体摩尔体积；r为弯液面的曲率半径。 18.Kelvin公式表明，液滴的半径越小，其蒸汽压越大。
材料科学基础课后习题答案第二章
第2章 习题 2-1 a) 试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△G K 与其临界晶核体积V K 之间的关系式为2 K K V V G G ?=-?； b) 当非均匀形核形成球冠形晶核时，其△G K 与V K 之间的关系如何 a) 证明 因为临界晶核半径 2K V r G σ=-? 临界晶核形成功 3 2163() K V G G πσ?=? 故临界晶核的体积 3423K K K V r G V G π?==? 所以 2 K K V V G G ?=-? b) 当非均匀形核形成球冠形晶核时，SL 2K V r G σ=-?非 临界晶核形成功 3324(23cos cos )3()K SL V G G πσθθ?=-+?非 故临界晶核的体积 33 1(23cos cos )3K K V r πθθ=-+非（） 3333SL 3281(23cos cos )(23cos cos )33()SL K V V V V V G G G G σπσπθθθθ?=--+?=-+??() 所以 2 K K V V G G ?=- ?非 2-2 如果临界晶核是边长为a 的正方体，试求出其△G K 与a 的关系。为什么形成立方体晶核的△G K 比球形晶核要大 解：形核时的吉布斯自由能变化为 326V V G V G A a G a σσ?=?+=?+ 令()0d G da ?= 得临界晶核边长4K V a G σ=- ?
临界形核功 333 3222244649632()6()()()()K t K V K V V V V V V G V G A G G G G G G σσσσσσσ?=?+=-?+-=-+=????? 2K V r G σ=-?，球形核胚的临界形核功 3 32242216()4()33()K b V V V V G G G G G σσπσππσ?=-?+=??? 将两式相比较 3 232 163()13262 ()K K b V t V G G G G πσπσ??==≈?? 可见形成球形晶核得临界形核功仅为形成立方形晶核的1/2。 2-3 为什么金属结晶时一定要有过冷度影响过冷度的因素是什么固态金属熔化时是否会出现过热为什么 答：金属结晶时要有过冷度是相变热力学条件所需求的，只有△T>0时，才能造成固相的自由能低于液相的自由能的条件，液固相间的自由能差便是结晶的驱动力。 金属结晶需在一定的过冷度下进行，是因为结晶时表面能增加造成阻力。固态金属熔化时是否会出现过热现象，需要看熔化时表面能的变化。如果熔化前后表面能是降低的，则不需要过热；反之，则可能出现过热。 如果熔化时，液相与气相接触，当有少量液体金属在固体表面形成时，就会很快覆盖在整个固体表面(因为液态金属总是润湿其同种固体金属)。熔化时表面自由能的变化为： ()GL SL SG G G G A σσσ?=-=+-表面终态始态 式中G 始态表示金属熔化前的表面自由能；G 终态表示当在少量液体金属在固体金属表面形成时的表面自由能；A 表示液态金属润湿固态金属表面的面积；σGL 、σSL 、σSG 分别表示气液相比表面能、固液相比表面能、固气相比表面能。因为液态金属总是润湿其同种固体金属，根据润湿时表面张力之间的关系式可写出：σSG ≥σGL +σSL 。这说明在熔化时，表面自由能的
材料表面与界面课后思考题
第一章 1.试述表面张力(表面能)产生的原因。怎样测试液体的表面张力 (1)原因 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。 (2)测试 ①毛细管上升法 测定原理 将一支毛细管插入液体中 , 液体将沿毛细管上升 , 升到一定高度后 , 毛细管内外液体将达到平衡状态 , 液体就不再上升了。此时 , 液面对液体所施加的向上的拉力与液体总向下的力相等。则丫 =1 12( p l- p g)ghrcos 0 (1) (1)式中丫为表面张力，r为毛细管的半径，h为毛细管中液面上升的高度，p I为测量液体的密度 , p g 为气体的密度 ( 空气和蒸气 ) , g 为当地的重力加速度 , 0为液体与管壁的接触角。若毛细管管径很小，而且0 =0时，则上式(1)可简化为丫 =1/2 p ghr (2 ) ②Wilhelmy 盘法 测定原理 用铂片、云母片或显微镜盖玻片挂在扭力天平或链式天平上，测定当片的底边平行面刚 好接触液面时的压力，由此得表面张力，公式为 : W 总-W 片=2 Y lcos $ 式中,W总为薄片与液面拉脱时的最大拉力，W片为薄片的重力,l为薄片的宽度，薄片与 液体的接触的周长近似为 2l， $为薄片与液体的接触角。 ③悬滴法 测定原理 悬滴法是根据在水平面上自然形成的液滴形状计算表面张力。在一定平面上，液滴形状与液体表面张力和密度有直接关系。由 Laplace 公式，描述在任意的一点 P 曲面内外压差为 式中R1, R2为液滴的主曲率半径；z为以液滴顶点O为原点，液滴表面上P的垂直坐标；P0为顶点O处的静压力。 定义 S= ds/de 式中 de 为悬滴的最大直径， ds 为离顶点距离为 de 处悬滴截面的直径再定义H邛(de/b)2 则得丫 = ( p l- p g)gde2/H 式中b为液滴顶点O处的曲率半径。若相对应与悬滴的S值得到的1/H为已知，即可求出表(界)面张力。即可算出作为S的函数的 1/H 值。因为可采用定期摄影或测量 ds/de 数值随时间的变化，悬滴法可方便地用于测定表 (界)面张力。 ④滴体积法 测定原理当一滴液体从毛细管滴头滴下时，液滴的重力与液滴的表面张力以及滴头的大小有关。 表示液滴重力(mg)的简单关系式:mg=2 n r 丫实验结果表明，实际体积小得多。因此就引入了校正因子f(r/V1/3)，则更精确的表面张力可以表示为：丫 = mg/{2 n rf(r/v1/3)} 其中m 为液滴的质量， V 为液滴体积， f 为校正因子。只要测出数滴液体的体积，就可计算出该液体的表面张力。 ⑤最大气泡压力法
材料表面界面物理复习题
个人整理,仅供参考,对考试结果不负任何责任! 表面界面物理复习题 1.原子间的键合方式及性能特点 原子间的键合方式包括化学键和物理键,其中化学键又分为离子键,共价键和金属键,物理键又包括分子键和氢键. 2.原子的外层电子结构，晶体的能带结构。 3.晶体（单晶、多晶）的基本概念，晶体与非晶体的区别。 单晶:质点按同一取向排列,由一个核心(晶核)生长而成的晶体;多晶:由许多不同位向的小晶体(晶粒)所组成的晶体.
4.空间点阵与晶胞、晶面指数、晶面间距的概念，原子的堆积方式和典型的晶体结构。 空间点阵:呈周期性的规律排列的阵点所形成的具有等同的周围环境的三维阵列; 晶胞:在空间点阵中,能代表空间点阵结构特点的最小平行六面体,反应晶格特性的最小几何单元; 晶面指数: 在晶格中，通过任意三个不在同一直线上的格点作一平面，称为晶面，描写晶面方位的一组数称为晶面指数.一般选取晶面在三个坐标轴上的截距,取倒数作为晶面指数; 晶面间距:两近邻晶面间的垂直距离; 原子的堆积方式:六角堆积和立方堆积; 典型的晶体结构:面心立方结构,体心立方结构,密排六方结构. 5.表面信息获取的主要方式及基本原理 可以通过光子,电子,离子,声,热,电场和磁场等与材料表面作用,来获取表面的各种信息,或者利用原子线度的极细探针与被测材料的表面近距离接近,探测探针与材料之间的信号,来获取表面信息. 电子束技术原理: 离子束技术原理:离子比光子电子都重,它轰击表面时产生的效应非常明显.离子不但具有电荷还有电子结构和原子结构,当离子与表面接近时,除具有静电场和接触电势差作用外,它本身还可以处于不同的激发电离态,离子还可以与表面产生各种化学反应,总之,离子与表面作用后,提供的信息非常丰富. 光电子能谱原理: 扫描探针显微镜技术原理: 6.为什么XPS可获得表面信息，而X射线衍射只能获得体信息？