固体表面化学参考书
第8章 固体的扩散与表面化学汇编
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8.2 扩散的机理
间接间隙扩散的晶格变形虽然较大。但是还有 很多晶体中的扩散，属下这种间接间隙扩散机理。
例如： AgCl晶体中Ag+； 具有萤石结构的UO2+x晶体中的O2-的扩散。
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8.2 扩散的机理 （2）空位机理
是指以空位为媒介而进
行的扩散。
空位周围相邻的原子跃
入空位，该原子原来占有的
同样在固体中也存在有原子的输运和不断混合的 作用。但固体中原子的扩散要比气体中原子的扩散慢 得多。这主要是由于固体中原子之间有一定的结构和 很大的内聚力的原故。
扩散现象是由于物质中存在浓度梯度、化学势梯 度、温度梯度和其它梯度所引起的杂质原子、基质原 子或缺陷的物质输运过程。
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8.1 引 言
从热力学的角度看，只有在绝对零度下才没有 扩散。
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8.2 扩散的机理
扩散机理可有以下几种： （1）晶格间隙机理 （2）空位机理 （3）离解机理 （4）环形机理
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8.2 扩散的机理 （1）晶格间隙机理
处于间隙位置的质点从一间隙位移入另一邻 近间隙位，必然引起质点周围晶格的变形。
晶格间隙机理分为三种形式: ① 直接间隙扩散 ② 间接直线间隙扩散 ③ 间接非直线间隙扩散
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8.2 扩散的机理
① 直接间隙扩散
例如，在某些固溶体中, 杂质原子的扩散可 在晶格间隙的位置之间运动。
处于间隙位置的杂质原子可以从
一个间隙直接跳到相邻的另一个
间隙位置上 Fe－C体系中的C原子在－Fe 或－Fe 基质中的扩散。
(a)
原子或分子运动速度非常快！
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8.2 扩散的机理 ② 间接直线间隙扩散
原子同时跃迁而互换位置，由
化学十大著作
化学十大著作在化学领域，有许多重要的著作对科学发展做出了巨大贡献。
以下是我为大家精心挑选的化学十大著作，这些著作在化学史上具有非常重要的地位，也为我们今天的学习和研究提供了宝贵的参考资料。
1. 《基础化学教程》《基础化学教程》是化学学科的经典教材之一，它系统地介绍了化学基础知识，包括化学反应、物质性质、物质制备等。
这本书对于初学者来说是非常重要的参考书，它为后续学习打下了坚实的基础。
2. 《量子化学》量子化学是近年来发展起来的一种新的化学理论和方法，它通过使用量子力学原理和方法来研究化学反应和物质性质。
这本书对于深入了解化学本质和探索新的化学领域具有非常重要的意义。
3. 《金属有机化学》金属有机化学是化学学科的一个重要分支，它研究有机配体与金属元素形成的化合物，具有非常重要的应用价值。
这本书详细介绍了金属有机化合物的合成、结构、性质和反应等方面的知识。
4. 《环境化学》随着环境问题的日益严重，环境化学成为了一个备受关注的研究领域。
这本书系统地介绍了环境化学的基本概念、污染物性质、污染控制等方面的知识，对于环境保护和可持续发展具有非常重要的意义。
5. 《高分子化学》高分子化学是研究高分子化合物结构和性质的科学，它为材料科学、生物医学等领域提供了重要的基础。
这本书详细介绍了高分子化合物的合成、结构、性能和应用等方面的知识。
6. 《无机合成化学》《无机合成化学》是一本非常实用的参考书，它系统地介绍了无机化合物的制备、分离、表征和结构测定等方面的知识，为科学研究提供了重要的实验基础。
7. 《生物无机化学》生物无机化学是化学学科的一个新兴分支，它研究金属元素在生物体系中的功能和作用机制。
这本书详细介绍了金属离子在生物体系中的分布、作用、影响等方面的知识，对于理解生命活动的本质具有非常重要的意义。
8. 《表面化学》表面化学是研究物质在固体表面发生的物理和化学变化的科学，它对于材料科学、催化等领域具有非常重要的应用价值。
第1章 材料表面的基本特征
列与内部原子的排列具有较为明显差别。 这种差异经过4～6层原子之后，原子的排列与体内原子的排列
已相当接近，这个距离也可以看作是实际清洁表面的范围。
延伸
清洁表面原子排列结构 1、表面原子的排列方式虽然与体内有差别, 但仍作对称
继而导致材料强度、韧性、导热、导电、介电、传感、腐 蚀、氧化、催化、能量交换、摩擦磨损、光的吸收与反射 等材料功能改变。
二、界面
定义：一个相与另一个相（结构不同）接触的分界面。 多晶材料的界面分类
同相界面：相同化学成分和晶体结构的晶粒间界面，如 晶界、孪晶界、畴界等。
异相界面：不同化学成分和晶体结构的区域间界面，如 同质异构体界面、异质异构体界面。
其中：k－常数，T－绝对温度，εv－形成一个表面空位的激活能。
（3）实际上，通过LEED等表面分析结果证实，许多单晶体的表面 实际上不是原子级的平坦，而是呈现出台阶、扭折、空位以及自吸 附原子的情形。
L-台级，T-平台，K-台级处的扭折， Suv-表面空位，SLv-台级处空位， SuA-表面自吸附原子， SLA-台级处自吸附原子
表面与界面关系 物质的气液固三态的界面（液－气、固－气、液－液、
液－固、固－固），已习惯将液－气、固－液（固－气）界 面称为液体表面、固体表面。 固体表面实际上是由凝聚态物质靠近气体或真空的一个或几 个原子层（0.5-10nm）组成。 正是这样的原因造成了固体表面有着与固体体内不同的特 点：1．原子排列不同，2．组分不同。
2、调整方式： （1）自行调整，表面处原子排列与内部有明显不同（驰豫、重 构、偏析、台阶）； （2）靠外来因素，（如吸附杂质－化学吸附，生成新相－化合 物等）。
第6章 固体表面化学
但在固体中，由于各方向上具有特殊的晶面，而各晶面上原子
的排列又各不相同，因此固体表面张力与方向(即晶面)有关。 也正因如此，固体不同晶面上的化学反应性能、催化活性等是
不同的。
通常具有最密堆积的晶面，其表面张力值最小；而当晶面上存 在空位缺陷或原子偏离平衡位置时，值则较大。
显然，固体的粒度减小，则表面积增大，表面能和活性随之增
实验结果表明，对于金属而言，当实验测定它们的表面张力有困 难时，可以利用上式估算其表面张力。
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第三节 固体表面上的扩散
1. 宏观动力学特性 固体表面上的扩散与体相中的扩散一样遵循费克扩散定律， 不同之处在于，体相中的扩散是在三维空间进行的，而表面扩散 在二维空间进行。因此，扩散系数公式略有不同： 体相扩散： 表面扩散：
面，液-固界面，固-固界面。
2
常见的界面
气-液界面(液体表面)
3
气-固界面(固体表面)
4
液-液界面
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液-固界面
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固-固界面
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第一节 固体表面的结构特点
1. 固体表面的基本特点
2. 固体表面结构的基本类型
3. 晶体表面结构
4. 粉体表面结构
5. 玻璃表面结构
6. 固体表面的几何结构
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1. 固体表面的基本特点
吸附是一个有序度提高，即熵减小的过程，因此如果吸
附过程能够进行，则必然是放热的。也就是说，能量下降是 吸附进行的唯一推动力。
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3. 物理吸附与化学吸附
根据吸附质与吸附剂之间的相互作用力的不同， 吸附可分为物理吸附和化学吸附。
2 E C 式中， R为断裂强度，C为微裂纹长度， E为弹性模量，α是表面自 R
由能。
化学表面处理书籍
化学表面处理书籍
以下是一些关于化学表面处理的书籍推荐：
1. 《化学表面处理技术》（蔡杰著）：该书详细介绍了化学表面处理的基本原理、常用方法和技术，并提供了大量的实例和案例分析。
2. 《表面化学》（乔纳森·莱希曼著）：该书系统地介绍了表面化学的基本概念和理论，包括表面吸附、界面反应、表面活性剂等内容，适合作为化学表面处理的基础教材。
3. 《化学表面处理工艺与技术》（刘媛媛著）：该书详细介绍了化学表面处理的常用工艺和技术，包括电化学方法、溶液处理、气相处理等，同时还介绍了一些新兴的表面处理技术。
4. 《表面工程与涂层技术》（杨世勇著）：该书介绍了表面工程和涂层技术的基本原理和应用，包括薄膜制备、表面改性、表面分析等内容，适合对化学表面处理感兴趣的读者。
5. 《化学表面处理技术手册》（卢晓明著）：该书收集了化学表面处理的各种技术和方法的详细操作步骤和实验条件，适合从事化学表面处理工作的技术人员参考使用。
以上是一些常见的关于化学表面处理的书籍推荐，希望能对您有所帮助。
固体化学表面化学
固体化学表面化学在固体化学中，表面化学是一个重要的研究领域。
固体材料的性质往往受到其表面的影响，因此了解和控制固体表面的化学特性对于开发新材料和改进现有材料具有重要意义。
本文将介绍固体化学中的表面化学方面的基本概念和研究方法。
一、表面性质的重要性固体材料的表面与其内部结构不同，表面上的原子和分子往往比内部的原子和分子更加活跃。
这是因为固体表面与外界环境接触，表面上的原子和分子容易与周围的分子发生相互作用。
固体材料的许多性质如反应活性、吸附特性和光电性能等与其表面的化学性质密切相关。
因此，在研究固体材料时，了解和理解其表面化学是非常重要的。
二、表面化学的基本概念表面化学是研究固体表面上化学反应和物理现象的学科。
在固体化学中，表面化学主要关注以下几个方面：1. 表面吸附：在固体表面上，吸附现象是非常常见的。
吸附可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附是分子间力，如范德华力、静电力等引起的吸附。
化学吸附则是由于吸附分子和固体表面发生化学反应而引起的吸附。
表面吸附现象在催化、气体吸附和分离等方面具有重要应用。
2. 表面反应：表面反应是指在固体表面上的化学反应。
与液体相比，固体表面上分子间距离较小，因此固体表面上的化学反应速率较高。
表面反应在催化、腐蚀、电化学等领域中具有重要应用。
3. 表面能：表面能是指固体表面和外界之间交换能量的难易程度。
表面能与物质的表面化学特性密切相关。
表面能的测定和控制对于制备具有特定表面性质的材料非常重要。
三、表面化学的研究方法固体化学中的表面化学研究需要使用各种仪器和技术来描述和分析固体表面的化学特性。
以下是一些常用的表面化学研究方法：1. 表面分析技术：表面分析技术用于研究固体表面组成、形貌和结构等方面的特性。
常用的表面分析技术包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和能谱分析等。
2. 吸附测量：吸附测量用于研究固体表面上分子的吸附行为。
introduction
=
完美晶体 (无限大的严格的单晶体，没有缺陷、表面、杂
质、晶界等)
几何点不等价
不考虑表面、振动、杂质、缺陷等对其性质的影响，在晶体的几何学中， 可使用晶格（点阵）的概念代表完美晶体。
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2018/9/6
布喇菲点阵 (Bravais lattice)
没有边界的无穷大点阵，所有的格点是等价的 三维晶格14种点阵
/nobel_ prizes/chemistry/laureates/2007/e rtl-lecture.html
课程提纲及教学安排
§ 1 固体材料与表面结构 (4课时) (23课时)
2. 1.
主要参考书目
A. W. Adamson and A. P. Gast, Physical Chemistry of Surfaces, 6th Edition, Wiley-Interscience, 1997. G. A. Somorjai, Introduction to Surface Chemistry and Catalysis, John Wiley & Sons, Inc., 1994. G. Ertl and J. Kü pper, Low Energy Electrons and Surface Chemistry, VCH, 1985. 4. D. P. Woodruff and T. A. Delchar, Modern Techniques of Surface Science, Cambridge, 1986. D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, John Wiley and Sons, Inc., 1983. 曹立礼著，《材料表面科学》，清华大学出版社，北京，2009. 丁莹如，秦关林编著，《固体表面化学》，上海科学技术出版社，1988. 陆家和，陈长彦主编，《现代分析技术》，清华大学出版社，1995.
固体表面物理化学
1. 由于固体表面原子的组成、排列、振动状态和体相原子的不同，由于悬挂键导致的化学性质活泼，以及周期性的势场中断导致的表面电子状态差异，固体表面形成很多导致表面形貌非均匀性的元素。
2. 体心立方 body-centred cubic
面心立方 face-centred cubic
简单立方 simple cubic
3. 面间距=a/(h 2+k 2+l 2)1/2=a/3
4.
5.⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡0221b b ⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡⎥⎦⎤2130a a 6. 减少表面积，表面吸附物质或形成表面氧化膜
7. 表面原子的受力情况和体内不同造成的表面原子层相对于体内原子层的整体移动以降低体系的能量，而表面原子的近邻数和旋转对称性均不改变的现象，这种现象称为表面弛豫。
晶体表面不是简单的三维晶格的终止,而是一种特殊的相——表面相。
在表面相中原子的排列和化学组成与体内不完全相同。
如果体内与表面平行的晶面上的2个基矢是为a1和a2, 则表面二维晶格的基矢为可能与此不同的a1s和a2s，这就称为表面再构现象。
固-液界面-北航-表面与界面化学教程【参考仅供】
接触角有关，故通过测定某种已知表面张力的液体在固
体粉末中的透过，可得到接触角θ 。
医学参考A
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（1）透过高度法
固体粉末装在一以多孔板为底的玻管中，液面在毛细作用 下沿管中粉末柱上升h。
gh 2 lg cos cos ghr
r
2 lg
由上式可见，只要测得粉末间孔隙的平均半径r及透过高度 h，即可结合已知的 lg 求θ。但由于r值无法直接测定，故 常用一已知表面张力，密度和对粉末接触角θ为0的液体来 标定。
医学参考A
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4. 非理想固体表面的接触角
（1）Wenzel模型 将一液滴置于一个粗糙表面上，液体在固体表面上 的真实接触角几乎是无法测定的，实验所测得的只 是其表观接触角’
气
液
’
dx
医学参考A
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Wenzel方程
cos ' r( gs ls ) / gl
与Young’s方程比较：
医学参考A
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r
2
0 l
g
0 gh0
cos
=
0 l
g
h
lgh0
0
通过测定h、h0可求得θ 。使用此方法应注意粒子的均匀性及
装填情况。
（2）透过速度法
医学参考A
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5.影响接触角测定的因素
前面介绍了一些常用的测定接触角的方法，实施时应注意以 下两个问题：平衡时间和体系温度的恒定，当体系未达平衡 时，接触角会变化，这时的接触角称为动接触角，动接触角 研究对于一些粘度较大的液体在固体平面上的流动或铺展有 重要意义（因粘度大，平衡时间长）。同时，对于温度变化 较大的体系，由于表面张力的变化，接触角也会变化，因此， 若一已达平衡的体系，接触角的变化，可能与温度变化有关， 简单判断影响因素的方法是，平衡时间的影响一般是单方向 的，而温度的波动可能造成γ 的升高或降低。除平衡时间和 温度外，影响接触角稳定的因素还有接触角滞后和吸附作用。
固体表面与界面第八章浆体的胶体化学原理
第七章表面与界面第一节固体的表面一、固体表面的类型：（1）表面：一个物相和它本身蒸气（或真空）接触的分界面,即物体对真空或与本身蒸气接触的面。
如固相与气相、液相与气相的分界面等---如固体表面、液体表面。
（2）相界：一个物相与另一个物相（结构不同）接触的分界面，即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所形成的交界面。
(3) 晶界:不论结构是否相同而取向不同的晶体相互接触的分界面。
注意界面是一个总的名称，即两个独立体系的相交处，它包括了表面、相界和晶界。
二、固体表面的特征：（P107）1、固体表面的特点：固体表面与固体内部的结构和性质是不相同的，原因是（1）固体表面的缺陷要多得多，且复杂得多---有自身的，也有外来的。
（2）现在的材料都是高分散的粉体，其从粉碎时消耗的机械能获得的表面能十分巨大。
从块状粉磨成粉体，其表面能一般都增加上百万倍。
2、固体表面力场（P107两个力）处于内部的质点，受力是均衡的，而处在表面的质点，由于力场不平衡，因此有剩余键力，使表面有吸附作用。
这种固体表面和被吸附质点之间的作用力称为表面力。
分为：1、化学力：固体表面和被吸附质点之间发生了电子转移，形成不饱和价键产生的力。
2、物理力：即范德华力---分子引力，因固体表面形成物理吸附或表面水蒸气凝聚而产生。
又分为三种力：（P107）三、固体（晶体）表面的结构（P108）表面是指晶体与真空（或与本身蒸汽）之间的界面。
由于表面的能量较高，所以液体表面总是力图形成球形表面来降低系统的表面能；而晶体由于质点不能自由流动，只能借助离子极化、变形、重排其结构引起表面处晶格畸变来降低表面能，从而引起表面层与内部结构差异。
其差异体现在微观质点的排列状态（原子尺寸大小范围）和表面几何状态（一般显微结构范围）两个方面。
1、表面微观质点的排列状态（1）．表面对键强分布的影响：表面的存在会影响晶体内部键强的分布。
表面的键强两极分化，最强键、最弱键都分布在表面，总的结果是引起表面的表面能降低。
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固体表面化学参考书
固体表面化学是研究固体表面原子或分子结构、性质和反应的化学分支。
它涉及到固体表面的物理、化学和工程应用，包括催化剂、吸附、表面增强拉曼散射、纳米材料等。
以下是一些固体表面化学的参考书：
《固体表面化学导论》
这本书是固体表面化学领域的经典教材，全面介绍了固体表面的物理和化学性质、制备方法以及应用。
它涵盖了固体表面的基本概念、结构、性质、制备方法以及应用，包括催化剂、吸附、表面增强拉曼散射等。
此外，书中还介绍了固体表面的实验技术和研究方法，如扫描隧道显微镜、原子力显微镜等。
《固体表面化学原理》
这本书是固体表面化学领域的另一本经典教材，主要介绍了固体表面的化学原理，包括固体表面的形成、结构、性质和反应等方面。
书中详细阐述了固体表面的基本概念、物理和化学性质以及反应机制，并介绍了固体表面的实验技术和研究方法。
此外，书中还讨论了固体表面化学在催化剂、纳米材料等领域的应用。
《纳米材料科学基础》
这本书是一本关于纳米材料科学的教材，其中涵盖了固体表面化学的相关内容。
书中介绍了纳米材料的制备方法、性质和应用，包括纳米催化剂、纳米吸附剂等。
此外，书中还介绍了纳米材料的研究方法和技术，如扫描隧道显微镜、原子力显微镜等。
《表面科学导论》
这本书是表面科学领域的经典教材，涵盖了固体表面的物理和化学性质、制备方法以及应用。
它介绍了固体表面的基本概念、结构、性质以及反应机制，并详细阐述了表面科学的实验技术和研究方法。
此外，书中还讨论了表面科学在催化、纳米技术等领域的应用。
《催化剂设计与制备工艺》
这本书是一本关于催化剂设计与制备工艺的教材，其中涵盖了固体表面化学的相关内容。
书中介绍了催化剂的设计原理、制备工艺和应用，包括催化剂的活性组分、载体选择、制备方法等。
此外，书中还介绍了催化剂性能的评价方法和应用领域。
以上是一些固体表面化学的参考书，它们可以帮助读者深入了解固体表面化学的基本概念、原理和应用。