第4章 表面(材料化学专业)
武汉理工大学考研材料科学基础重点 第5章-表面结构与性质
第四章固体的表面与界面固体的接触界面可一般可分为表面、界面和相界面：1）表面:表面是指固体与真空的界面。
2）界面:相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。
3）相界面:相邻相之间的交界面称为相界面。
有三类: S／S；S／V； S／L。
产生表面现象的根本原因在于材料表面质点排列不同于材料内部，材料表面处于高能量状态⏹ 4.1 固体的表面及其结构♦ 4.1.1固体的表面1.理想表面2.清洁表面（1）台阶表面（2）弛豫表面（3）重构表面3.吸附表面4. 固体的表面自由能和表面张力5. 表面偏析6. 表面力场固体表面的结构和性质在很多方面都与体内完全不同。
所以，一般将固体表面称为晶体三维周期结构和真空之间的过渡区域。
这种表面实际上是理想表面，此外还有清洁表面、吸附表面等。
1、理想表面没有杂质的单晶，作为零级近似可将清洁表面理想为一个理想表面。
这是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。
它忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响，忽略了表面原子的热运动、热扩散和热缺陷等，忽略了外界对表面的物理化学作用等。
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。
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（2）弛豫表面 –在垂直于表面的方向上原子间距不同于该方向上晶格内部原子间距的表面由于固体体相的三维周期性在固体表面处突然中断，表面上原子的配位情况发生变化，相应地表面原子附近的电荷分布将有所改变，表面原子所处的力场与体相内原子也不相同。
为使体系能量尽可能降低，表面上的原子常常会产生相对于正常位置的上、下位移，结果表面相中原子层的间距偏离体相内原子层的间距，产生压缩或膨胀。
第4章 金属的电化学表面精饰1
Material electrochemistry
材料电化学
主讲：谢亚红 教授
新疆大学化学化工学院材料化学与工程教研室
第四章 金属的电化学表面精饰
1
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第四章 金属的电化学表面精饰
§4.1 金属电沉积和电镀原理
§4.2 电镀过程
§4.3 金属的阳极氧化
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§4．1 金属电沉积和电镀原理
第四章 金属的电化学表面精饰
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金属电沉积(electrodeposition) 简单金属离子或络离子通过电化学方法在固体表面放电 还原为金属原子附着于电极表面，获得金属层的过程。 电镀(electroplating)
金属电沉积的一种，通过改变固体表面特性而改善外观， 提高耐蚀性、抗磨性，增强硬度，提供特殊的光、电、磁、 热等表面性质。
第四章 金属的电化学表面精饰
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络离子的阴极还原机理
（1）络离子可以在电极上直接放电，一般放电络离子的配位 数都比溶液中的主要存在形式低。 阴 电极表面溶液本体 极
M (n-x)+L
Mn+L
原因：具有较高配位数的络离子比较稳定，放电 时需要较高活化能，而且它常带较多负电荷，受 到阴极电场的排斥力较大，不利于直接放电。同 时，在同一络合体系中，放电的络离子可能随配 体浓度的变化而改变。
第四章 金属的电化学表面精饰
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§ 4.1.2 金属络离子的还原
阴 极
Mn+
阴 极
n+ M L
为获得均匀、致密镀层，常要求较大的电化学极化条件， 当向简单金属离子溶液中加入络离子时可使平衡电极电势变 负，可满足金属电沉积在较大的超电势下进行。 络离子先解离成简单离子，再在阴极上还原？？？ 简单计算表明，在络合体系中络离子的不稳定常数pK不稳 很小，存在的简单金属离子浓度极低，在此情况下使简单金 属离子在阴极上放电所需施加的电势要很负。
材料化学第二版（曾兆华版）课后答案解析
材料化学第⼆版（曾兆华版）课后答案解析第⼀章1.什么是材料化学？其主要特点是什么？答：材料化学是有关于材料的结构、性质、制备及应⽤的化学。
主要特点：跨学科性，实践性。
2.材料与试剂的主要区别是什么？答：试剂在使⽤过程中通常被消耗并转化为其他物质，⽽材料通常是可重复的、连续的，除了正常的消耗外，它不会不可逆地转化为其他物质。
3.观察⼀只灯泡，列举制造灯泡所需的材料。
4.材料按其组成和结构可以分为哪⼏类？如果按功能和⽤途对材料分类，列举⼗种不同功能或⽤途的材料。
答：（1）⾦属材料，⽆机⾮⾦属材料，⾼分⼦材料，复合材料（2）导电材料、绝缘材料、⽣物医⽤材料、航天航空材料、能源材料、电⼦信息材料、感光材料5.简述材料化学的主要内容。
答：结构：原⼦和分⼦在不同层次彼此结合的形式、状态和空间分布。
特性：材料固有的化学、物理和⼒学特性。
制备：将原⼦和分⼦结合在⼀起，并最终将其转化为有⽤的产品应⽤。
第⼆章1.原⼦间的结合键共有⼏种？各⾃特点如何？（1）体⼼⽴⽅单位晶胞原⼦数n = 2（2）六⽅密堆n=6（3）⾯⼼⽴⽅n=410. 单质Mn有⼀种同素异构体为⽴⽅结构，其晶胞参数为0.6326nm，密度= 7.26 g cm-3，原⼦半径r = 0.112nm，计算Mn晶胞中有⼏个原⼦，其堆积系数为多少？74.)3(3812)3/4(6)2321(6)3/4(6＝33hcp==R a a c RππξR a a R 2 4 2 4== 74 . ) 2 / 4 ( )3 / 4 (4 )3 / 4 (433fcc==RRaRππξ11. 固溶体与溶液有何异同？固溶体有⼏种类型？固体溶液与液体溶液的共同点：均具有均⼀性、稳定性，均为混合物，均存在溶解性问题（对固态溶液称为固溶度，对液体溶液称为溶解度）；(1)均⼀性：溶液各处的密度、组成和性质完全⼀样；(2)稳定性：温度不变，溶剂量不变时，溶质和溶剂长期不会分离；(3)混合物：溶液⼀定是混合物。
材料化学-第四章高分子材料化学习题及答案
第四章高分子材料化学习题：1、高聚物相对分子质量有哪些测试方法？分别适用于何种聚合物分子，获得的相对分子质量有何不同？(10分)答：测定高聚物相对分子质量的方法：渗透压、光散射、粘度法、超离心法、沉淀法和凝胶色谱法等。
这些方法中，有些方法偏向于较大的聚合物分子，有的方法偏向于较小的聚合物分子。
聚合物相对分子质量实际是指它的平均相对分子质量。
(1)数均相对分子质量( Mn ) 采用冰点降低、沸点升高、渗透压和蒸气压降低等方法测定的数均相对分子质量，即总质量除以样品中所含的分子数。
(2)质均相对分子质量( Mω) 采用光散射等方法测定质均相对分子质量。
(3)粘均相对分子质量( Mη) 采用粘度法测定粘均相对分子质量。
2、详述高分子聚合物的分类及各自的特征并举例。
(20分)答：高分子化合物常以形状、合成方法、热行为、分子结构及使用性能进行分类。
1、按高聚物的热行为分类(1) 热固性高聚物高聚物受热变成永久固定形状的高聚物(有些不需加热)。
不可再熔融或再成型。
结构：加热时，线型高聚物链之间形成永久的交联，产生不可再流动的坚硬体型结构，继续加热、加压只能造成链的断裂，引起性质的严重破坏。
利用这一特性，热固性高聚物可作耐热的结构材料。
典型的热固性高聚物有环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、聚氨酯等。
(2) 热塑性高聚物熔融状态下使它成型(塑化)，冷却后定型，但是可以再加热又形成一个新的形状，可以多次重复加工。
结构：没有大分子链的严重断裂，其性质也不发生显著变化，称为热塑性高聚物。
根据这一特性，可以用热塑性高聚物碎屑进行再生和再加工。
聚乙烯、聚氯乙烯、ABS树脂、聚酰胺等都属于热塑性高聚物。
2、按高聚物的分子结构分类(1) 碳链高聚物大分子主链完全由碳原于组成，绝大部分烯类聚合物属于这一类。
如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯等。
(2) 杂链高聚物大分子主链中除碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子。
如聚醚、聚酯、聚硫橡胶等。
材料化学第四章固相反应
界I，氧气通过气相传质，于是在相界I上
发生反应：
M 2 g A 3 O l6 e 3 /2 O 2 M 2 O 4 gAl
I
II
MgO MgAl2O4 Al2O3
3/2O2
b
2Al3+
6e
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c 表示了3种可能性:
其一为Al3+通过产物而迁移
I
II
到相界I，Mg2+则通过产物 而迁移到相界II，于是在相
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然而对于非均相的固相反应，式 （4-9）不能直接用于描述化学反应动 力学关系。因为对于大多数固相反应， 浓度的概念对反应整体已失去了意义。
为了描述非均相的固相反应,人们引 入了转化率G的概念 来取代均相反应中 浓度的概念.
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所谓转化率: 参与反应的一种反应物，在反应
MgO与Al2O3要进一步发生反应必须扩散通过反应 产物层。这类反应的进程有多种的可能性，如图4-2 所示。
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I
II
MgO MgAl2O4 Al2O3
a
1/2O2
Mg2+
2e
MgO MgAl2O4 Al2O3
3/2O2
b
2Al3+
6e
I
II
MgO MgAl2O4 Al2O3
3Mg2+
氧气在产物层中的扩散系数vd也就是氧气提供的速度41422012112223当整个反应过程达到稳定时氧气提供的速度和氧气消耗的速度相等dxdcdckc由此可见由扩散和化学反应构成的固相反应历程其整体反应速度的倒数为扩散最大速率倒数和化学反应最大速率倒数之为外界氧气浓度43442012112224化学反应速度时化学反应由速度控制表明
材料化学导论
LnxA-μA关系曲线会终止于 A在B中的饱和溶解度处， 要用LnxA=0处外插之后μA 的值，标准状态也变成了 假想标准状态。
4.固体的溶解度
• 固体与液体平衡时溶液中A 的化学势等于固体A的化学
• 物质A的溶解行为取决于固 体A的化学势大小和溶解过
2．课堂讨论 2 3．机动 2（复习及习题解答）
教学过程
1. 后次复习前次概念 2. 本次讲授内容的引入 3. 新教学内容的讲授过程 4. 小结 5. 思考题 6． 作业
教材及教学参考书
1. 《材料化学导论》 席慧智 哈尔滨工业大学出版社 2001 2. 《材料化学导论》 唐小真 高教出版社 1997 3. 《材料化学导论》 丁马太 厦门大学出版社出版 1995年 4. 《材料化学导论》 杨宏秀 高等教育出版社 1997 5. 《Introduction to Materials Chemistry》 Harry R. Allcock
•
P+为标准压力,G+为该压力 下n摩尔理想气体的标准自
•
由能，与压力无关，是温
温度较低时，单位压力气 体的化学势高于液体的化 学势，这时气体凝结；
度的函数
• 高温时则正好相反。
•
当气体压力保持一定时， 单纯理想气体的化学势随
•
温度达到Tb，气体和固体 的两条曲线相交，此时，
温度而变化。单位压力下
Tb温度下单位压力的气体
• 溶体平均每摩尔自由能g为：
2.混合气体化学势 • 把单纯理想气体的化学势表达式中的全压力p换成各成
分的分压，即可得到理想混合气体的化学势。 (理想气体) (对A成分而言)
第四章工程材料基本知识
用标准试样的冲击吸收功Ak表示
5）疲劳强度
材料在无数次重复“交变应力”作用下，而不引起断裂的最 大应力值
6）耐磨性
材料在一定工作条件下抵抗磨损的能力 用体积磨损量、质量磨损量和长度磨损量来评定
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回 章 首
（2）工程材料的物理、化学及工艺性能 物理性能：指材料在重力、电磁场、热力等物理因素作用
下所表现出来的性能或属性，包括材料的密度、熔点、导 电性、磁性能、导热性、热膨胀性等
1) 金属材料 : 包括黑色金属（钢铁）和有色金属材料 2) 工程陶瓷 : 由金属和非金属元素的化合物所构成的
各种无机非金属材料 3) 有机高分子材料 ：工程中常见的有塑料、橡胶和胶
粘剂 4) 复合材料 ：将上述两种或多种单一材料人工合成到
一起的材料
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2. 工程材料的主要性能
（1）工程材料的力学性能 1）强度 2）塑性 3）硬度 4）冲击韧性 5）疲劳强度 6）耐磨性
化学性能：主要指材料的抗氧化性、耐蚀性和耐酸性等， 反映了材料在常温或高温环境下抵抗各种化学作用的能力。
材料工艺性能：指材料对各种加工工艺的适应性
退出
§4-2常用金属材料
1 . 碳素钢和合金钢
碳素钢 碳素钢工具钢 合金钢 合金钢工具钢
2 . 铸铁
灰铸铁 球墨灰铸铁 可锻铸铁 合金铸铁
3 . 有色金属材料
KT 200, KT 350,
保留灰铸铁优点，具有中碳钢优点
应用 发动机曲轴、连杆等
退出
• 合金铸铁
代号
KT + H + 数字 + 数字
最小抗拉强度 断后延长率
特点
KT 200, KT 350, 保留灰铸铁优点，具有中碳钢优点
材料化学专业课程教学大纲
电子显微分析
通过电子显微镜观察材料的微观形貌、晶体 缺陷和界面结构等。
原子力显微镜
利用原子间的相互作用力，研究材料表面的 纳米级形貌和力学性质。
宏观性能测试技术
01
力学性能测试
包括拉伸、压缩、弯曲等试验， 研究材料的强度、硬度、韧性等 力学性能。
02
物理性能测试
03
化学性能测试
如热导率、电导率、磁性能等， 研究材料在物理场下的响应和性 能。
材料化学专业课程教学大纲
目 录
• 课程概述与目标 • 基础知识与理论 • 材料合成与制备技术 • 材料结构与性能表征 • 功能材料及其应用 • 实验技能培养与实践环节 • 课程考核与评价标准
01 课程概述与目标
材料化学专业背景
材料化学是化学与材料科学交叉的学科，研究材料的组成、结构、性质及 其变化规律。
通过参与创新性实验项目，培养学生的科研思维和创
新意识，鼓励学生提出新的实验想法和方案。
团队协作与沟通能力提升
02 在创新性实验项目中，学生需要学会与团队成员协作
，提升沟通能力和团队协作精神。
学术道德与规范教育
03
强调学术道德和规范的重要性，要求学生遵守学术诚
信原则，杜绝抄袭和剽窃行为。
07 课程考核与评价标准
生物医用高分子材 料
医用塑料、医用橡胶、医用纤维等高分子材料的合成、改 性及应用。
组织工程材料
支架材料、细胞培养基质等组织工程原理、制备及应用。
环境友好型材料
环境降解材料
可生物降解塑料、光降解塑料等环境降解原理、 制备及应用。
绿色建筑材料
节能玻璃、环保涂料等绿色建筑材料的特点、制 备及应用。
水处理材料
材料表征方法 第四章-俄歇电子能谱
微区分析
图为Si3N4薄膜经850℃快 Normal 速热退火处理后表面不同 点的俄歇定性分析图。从 表面定性分析图上可见， Abnormal 在正常样品区，表面主要 N Si 有Si, N以及C和O元素存在。 O 而在损伤点，表面的C,O含 C 量很高，而Si, N元素的含 0 200 400 600 800 1000 Kinetic Energy / eV 量却比较低。 这结果说明 在损伤区发生了Si3N4薄膜 图 Si3N4薄膜表面损伤点的俄歇定性分析谱 的分解。
俄歇电子能谱的应用举例
俄歇电子能谱可以用来研究固体表面的能 带结构、态密度等。俄歇电子能谱还常用来研 究表面的物理化学性质的变化。如表面吸附、 脱附以及表面化学反应。在材料科学领域，俄 歇电子能谱主要应用于材料组分的确定，纯度 的检测，材料特别是薄膜材料的生长。俄歇电 子能谱可以研究表面化学吸附以及表面化学反 应。在物理学，化学，材料科学以及微电子学 等方面有着重要的应用。
锰
氧化锰
L3 M 2,3 M 2,3 543eV 540eV
L3 M 2,3 M 4,5 590eV 587eV
L3 M 4,5 M 4,5
637eV 636eV
氧化锰
锰
锰和氧化锰的俄歇电子谱
当俄歇跃迁涉及到价电子 能带时，情况就复杂了， 这时俄歇电子位移和原子 的化学环境就不存在简单 的关系，不仅峰的位置会 变化，而且峰的形状也会 变化。
化学位移
当元素所处的化学环境发生变化时, 俄歇电子能 谱的化学位移ΔＥ可用下式表示： ΔＥWXY(z)＝ΔＥW(z) － ΔＥX(z) －ΔＥY(z) 随着化学环境变化俄歇电子动能位移将涉及原子 的三个能级能量的变化。
什么是材料化学专业
什么是材料化学专业材料化学专业是一门研究材料结构、性能和制备过程的学科，它涉及到化学、物理、工程等多个学科的知识。
材料化学专业是近年来兴起的新兴学科，其研究领域广泛，涉及到金属材料、聚合物材料、无机非金属材料等多种材料类型。
首先，材料化学专业对学生的基础知识要求较高，学生需要具备扎实的化学、物理等学科知识，尤其是对材料的结构、性能、制备过程等方面有深入的理解。
此外，材料化学专业的学生需要具备一定的实验技能，能够熟练操作实验设备，进行材料的制备、分析和测试。
其次，材料化学专业的学生需要具备较强的动手能力和创新意识。
材料的研究和制备需要学生具备良好的动手能力，能够熟练操作各种实验设备，进行材料的制备和测试。
同时，材料化学专业也需要学生具备创新意识，能够不断地探索新的材料制备方法和技术，为材料的研究和应用提供新的思路和方法。
另外，材料化学专业的学生需要具备团队合作精神和良好的沟通能力。
材料的研究和制备往往需要多个学科的知识和技术的综合运用，因此学生需要具备良好的团队合作精神，能够与其他学科的同学和教师进行合作，共同完成研究任务。
同时，材料化学专业的学生还需要具备良好的沟通能力，能够清晰地表达自己的想法和观点，与他人进行有效的交流和合作。
最后，材料化学专业的学生需要具备扎实的理论基础和实践能力。
材料化学专业涉及到多个学科的知识和技术，学生需要具备扎实的理论基础，能够深入理解材料的结构、性能和制备过程。
同时，学生还需要具备一定的实践能力，能够熟练操作各种实验设备，进行材料的制备、分析和测试。
总的来说，材料化学专业是一门综合性强、实践性强的学科，学生需要具备扎实的理论基础和实践能力，同时还需要具备较强的动手能力、创新意识、团队合作精神和良好的沟通能力。
希望广大学生能够在学习材料化学专业的过程中，不断提升自己的综合素质，为将来从事相关领域的工作做好充分的准备。
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☻实际固体表面无论如何加工，从原子尺度衡量，即使宏观 实际固体表面无论如何加工， 原子尺度衡量， 衡量 看来很光滑的表面，实际上也是凹凸不平的（ 看来很光滑的表面，实际上也是凹凸不平的（实际的固体 凹凸不平的 表面是凹凸不平的） 表面是凹凸不平的）。
无机材料物理化学
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4.2.1 表面的重要性
表面现象是 表面现象是 自然界中常 见的现象 露珠呈球形；毛细管现象； 露珠呈球形；毛细管现象； 防雨布不被水润湿； 防雨布不被水润湿； 活性炭能使糖汁脱色， 活性炭能使糖汁脱色，等等 化工生产中的多相催化； 化工生产中的多相催化； 火法冶金中夹杂物的排除； 火法冶金中夹杂物的排除； 铁渣分离；选矿作业中的浮选； 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； 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； 矿物地质；食品的乳化；油污的去除； 机械的润滑，等等。 机械的润滑，等等。
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☻只要固体暴露在空气中，其表面总是被外来物质所污染， 只要固体暴露在空气中，其表面总是被外来物质所污染， 暴露在空气中 被吸附的外来原子可占据不同的表面位置， 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，也引起固体表面的不均一性。 排列，也引起固体表面的不均一性。 不均一性
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2、表面力分类 、
范德华力（分子引力） 范德华力（分子引力） 固体表面力分为 化学力
Note: 化学力和范德华力可以同时存在，两者在表面力中 化学力和范德华力可以同时存在， 占有的比重，可随条件的改变而变化。 占有的比重，可随条件的改变而变化。
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无机材料物理化学
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or 固体表面上的吸引作用， 固体表面上的吸引作用，是固体的表面力场和被吸引质 点的力场相互作用所产生的，这种相互作用力， 点的力场相互作用所产生的，这种相互作用力，称为固 体表面力。 体表面力。
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4.2.2.2
固体表面力
1、概念 、 2、表面力分类
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1、概念 、
• 晶体中每个质点周围都存在一个力场，在晶体内部，质 晶体中每个质点周围都存在一个力场，在晶体内部， 力场 点力场是对称的。 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 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 剩余的键力， 面边界上的质点力场对称性破坏，表现出剩余的键力， 这就是固体表面力。 这就是固体表面力。 固体表面力 • 这种剩余键力是导致固体表面吸引气体分子、液体分子 这种剩余键力是导致固体表面吸引气体分子、 剩余键力是导致固体表面吸引气体分子 （如润湿或从溶液中吸附）或固体质点（如粘附）的原因。 如润湿或从溶液中吸附）或固体质点（如粘附）的原因。
Example:制备硅酸盐材料采用细分散的粉料。如1kg石英砂从直 制备硅酸盐材料采用细分散的粉料。 制备硅酸盐材料采用细分散的粉料 石英砂从直 径为10 粉碎到 粉碎到10 ，表面积与表面能的变化如表所示。 径为 -2m粉碎到 -9m，表面积与表面能的变化如表所示。
石英粉表面积与表面能
直径（ ） 直径（m） 10-2 10-9
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4.1 概述
表面、相界和晶界是无机材料各种聚集状态中特 表面、相界和晶界是无机材料各种聚集状态中特 殊的部分， 无机材料的性质有着强烈的影响 有着强烈的影响， 殊的部分 ， 对 无机材料的性质 有着强烈的影响 ， 对无 机材料的制备过程也起着相当大大作用 ， 有时是决定 机材料的 制备过程也起着相当大大作用 制备过程 也起着相当大大作用， 性的作用。因此，这一领域越来越受到人们的关注。 性的作用。因此，这一领域越来越受到人们的关注。
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(1)
化学力
• 本质上是静电力，主要来自表面质点的不饱和 本质上是静电力， 键。 • 当固体吸附剂利用表面质点的不饱和价键将吸 附物吸附到表面之后，各吸附物与吸附剂分子 附物吸附到表面之后， 间发生电子转移时 就产生化学力， 间发生电子转移时，就产生化学力，形成化学 电子转移 化学力 吸附。 吸附。 • 实质上，就是形成了表面化合物，但只限于固 实质上，就是形成了表面化合物， 表面化合物 体表面上一个分子的厚度（单分子层）。 体表面上一个分子的厚度（单分子层）。
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(2) 范德华力
• 一般指固体表面分子与被吸附物分子（如气体分子） 一般指固体表面分子与被吸附物分子（如气体分子） 固体表面分子与被吸附物分子 之间相互作用力，是固体表面产生物理吸附和气体凝 之间相互作用力， 聚的主要原因，与液体内压、表面张力、蒸气压、 聚的主要原因，与液体内压、表面张力、蒸气压、蒸 发热等性质密切相关。 发热等性质密切相关。
•
相邻两个电偶极矩因极性不同而相互作用的力。 相邻两个电偶极矩因极性不同而相互作用的力。
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(b) 诱导作用力
•
极性分子和非极性分子之间。 主要发生在极性分子和非极性分子之间 主要发生在极性分子和非极性分子之间。
• 非极性分子在极性分子作用下被极化诱导出一个 瞬时的电偶极矩， 瞬时的电偶极矩，随后与原来的极性分子发生相互作 用。
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4.2.2.1
固体表面的不均匀性
固体表面的不均匀性表现在： 固体表面的不均匀性表现在： ☻绝大多数晶体是各向异性的，因此同一个晶体可以有许 绝大多数晶体是各向异性的 因此同一个晶体可以有许 各向异性 多性能不同的表面。 多性能不同的表面。
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4.2.2 固体的表面特征
4.2.2.1 4.2.2.2 4.2.2.3 4.2.2.4 固体表面的不均匀性 固体表面力 固体的真实表面 表面张力和表面能
Note：由于固体的界面现象都发生在固体表面，并由表 ：由于固体的界面现象都发生在固体表面 固体表面， 面力引起，因此，表面力以及固体表面的不均匀性， 面力引起 ， 因此 ， 表面力以及固体表面的不均匀性 ， 将 会对界面现象产生显著的影响。 会对界面现象产生显著的影响。
固体材料的晶体缺陷 半导体材料的纯化 金属的防腐 高分子材料的粘结与染色 复合材料增强纤维的表面处理
无机材料物理化学 2009年秋季学期
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等都与材料的表 等都与材料的表 有关。 面现象研究有关 面现象研究有关。
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邓雁希
物体表面的质点性质不同于内部， 使物体表面呈现出一系列特殊的界面行为， 物体表面的质点性质不同于内部，它使物体表面呈现出一系列特殊的界面行为， 对固体材料的物理化学性质和工艺过程都有重要的意义。 对固体材料的物理化学性质和工艺过程都有重要的意义。
☻同一种固体物质，制备或者加工条件不同也会有不同的 同一种固体物质，制备或者加工条件不同也会有不同的 表面性质。 表面性质。
☻实际晶体的表面由于晶格缺陷、空位或者位错而造成表 实际晶体的表面由于晶格缺陷、空位或者位错而造成表 晶格缺陷 面的不均匀性。 面的不均匀性。 不均匀性
无机材料物理化学 2009年秋季学期
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邓雁希
表面
物体对真空或与本身的蒸气接触的面。 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， 由于绝对的真空并不存在，在许多场合 固相与气相、液相与气相之间的 下，把固相与气相、液相与气相之间的 分界面称为表面。 分界面称为表面。 表面
表面积A（ 表面积 （m2/g） ） 0.26 2.6☓106 ☓
表面能（ 表面能（J/m2） 0.27 2.7☓106 ☓
由于高分散度物系比低分散度物系能量高得多,必然使物系由于分散度的 由于高分散度物系比低分散度物系能量高得多 必然使物系由于分散度的 高分散度物系 能量高得多 变化而使两者在物理性质 如熔点 沸点、蒸汽压、溶解度、吸附、 变化而使两者在物理性质(如熔点、沸点、蒸汽压、溶解度、吸附、润湿 物理性质 如熔点、 和烧结等） 化学性质（化学活性、催化、固相反应）方面有很大的差别。 和烧结等）和化学性质（化学活性、催化、固相反应）方面有很大的差别。
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邓雁希
• 随着材料科学的发展，固体表面的结构和性能日益受 随着材料科学的发展，固体表面的结构和性能日益受 到科学界的重视。 到科学界的重视。 • 随着近年来表面微区分析、超真空技术以及低能电子 随着近年来表面微区分析、超真空技术以及低能电子 表面微区分析 以及 衍射等研究手段的发展 等研究手段的发展， 固体表面的组态、构型、 衍射等研究手段的发展，使固体表面的组态、构型、 能量和特性等方面的研究逐渐发展和深入，并逐渐形 能量和特性等方面的研究逐渐发展和深入， 等方面的研究逐渐发展和深入 成一门独立学科------表面化学和表面物理。 表面化学和表面物理。 成一门独立学科 表面化学和表面物理