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？[略]X射线衍射(XRD)是利用晶体形成X射线衍射,对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法.将具有一定波长的X射线照射到晶体上时,X射线因在晶体内遇到规则排列的原子或离子而发生散射,散射的X射线在某些方向上加强,从而显示与晶体结构相应的特有衍射现象.7.利用光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（Auger）进行表面分析的基本原理和应用范围。
光电子能谱表面分析原理:光电子能谱就是利用光子与固体表面的光电效应,分析发射出的光电子的能量分布和角度分布,进而分析表面的成分和价态.从固体表面发射出的光电子的能力与它原在的原子中所处的状态有关,还与和它作用的光子能力相关.为了能精确的分析出表面的成分和价态,要求光子能量稳定,即使用单色光源.一般选用X射线作为光源.X射线激发内壳层电子(芯电子),然后分析这些芯电子的能力分布,从而进行元素的定性分析和化学状态分析.定性分析:表面成分和价态;定量分析:样品中各元素的相对含量.俄歇电子能谱表面分析原理:AES分析是以电子束（或X-射线束）为激发源，激发出样品表面的Auger 电子，分析Auger电子的能量和强度，可获元素种类、含量和分布，以及化学态等信息。
原子内层能级有一个电子被电离后,处于激发态的原子恢复到基态有两种方式(1)较高能级上的一个电子填入内层空穴,多余的能量作为特征X射线辐射释放,最后原子呈现单电离状态;(2)内层空穴被外层的电子填入,多余的能量无辐射,直接传递给第二个电子,并使其发射出来,这个电子就是俄歇电子.定性分析:俄歇电子有特定的能量,确定元素的种类;定量分析:根据俄歇电流的大小测定表面元素的相对含量.8.透射电子显微镜有哪几种工作模式，它们可获得材料的什么信息。
影像模式,得到样品的形貌像;衍射模式,晶体点阵的类型和点阵常数,晶体的相对方位和取向,与晶粒的尺寸大小,孪晶等相关的晶体缺陷的显微结构信息.9.扫描电子显微镜的二次电子像和背反射电子像的成像原理。
二次电子是入射电子从样品表面激发出来的能量最低的一部分电子,表明这部分电子来自样品表面最外层的原子;背反射电子是被样品表面直接反射回来的电子,具有与入射电子相近的能量,接受背反射电子信号,并在显示屏显示,由于原子对入射电子的反射能力随原子序数的增加而增大,因此,对于表面有不同成分的区域,其平均原子序数的差别将造成显示信号强度的不同.10.说明电子束技术的基本特征，举出几种利用电子束的波动性和粒子性的分析技术。
电子具有波粒二象性,利用电子的波动性和粒子性可以将电子束分析技术分为:11.什么是电子结合能的位移？价带能态密度可采用什么方法测试，简述其原理。
原子的内壳层电子的结合能收到核内,核外电荷的分布影响,任何引起这些电荷分布发生变化的因素,都有可能使原子内壳层电子的结合能产生变化,在光电子能谱图上看到光电子谱峰的位移,这种现象称为电子结合能的位移.固体价带中的电子状态的能力分布由能态密度()E来表示,当入射光子能量大于21eV时,光电子发射的能量分布可以看作是价带能态密度分布.可以通过使用XPS技术进行固体表面能带研究将价带能态密度测出.12.表面的定义。
什么是清洁表面和实际表面？两种不同相的交界区域称为表面,比如凝聚相,气相和液相之间的界面,不是几何意义上的平面而是有一定厚度的过渡区.清洁表面指的是除去了吸附层,氧化层,表面损伤层后,能够反映材料本征特性的表面(只能在高真空环境下依存).实际表面是未经过任何处理,存在通常环境下中的S-G或L-G界面.13.什么是表面的TLK模型？表面缺陷产生的原因是什么？晶体的表面是不均匀的,表面上平行于原子平面的台阶是由于晶体体相中原子平面的微小配合差错所致,称为位错,进一步观察位错会发现,这些台阶也并非是平面,而是由若干个阶梯(steps)组成,表面上有平台(T errace),台阶(Ledge)和扭曲(Kink),统称为TLK模型.表面缺陷产生的原因:根据热力学定律,温度高于绝对零度时,所有物理系统的熵均不为零.系统的自由能与内能,熵和温度的关系为F=U-TS,系统稳定的条件时自由能最小,减小F的途径有减小内能,或者增加熵值.当熵值增加时,系统的混乱程度增加,原子排列混乱,特别是温度较高时混乱程度较大,因此容易产生表面缺陷.14.什么是表面弛豫和表面重构？画出表面弛豫和表面重构的原子排列图。
一般的说,表面原子处于不稳定的状态,为是系统的能力降低,将会产生两个过程,达到平衡:一是,原子沿垂直于表面方向移动,称为弛豫(表面原子排列中断,在Z轴方向失去平衡,表面原子可能向外或向内移动);二是,平行于表面方向移动,形成不同于理想表面的二位晶格的超晶格,称为表面重构(表面区原子排列有明显的变化,原子间距和排列方式变化(晶格常数,晶格结构),或者晶格结构不变,但旋转了一个角度).15.为什么表面原子排列与体内不同，请比较重构与驰豫的异同，并解释Si（111）2×1重构的成因清洁表面的原子排列在发生了”中断”后,键,对称的作用力得不到平衡,为了降低表面能,表面原子的排列就需要进行调整.弛豫是原子沿着垂直于表面方向移动,重构是原子平行于表面方向移动.Si（111）2×1重构的成因:在体内,Si原子间由3sp杂化键合,原子以四面体型连结称为金刚石结构.在理想的(1,1,1)面上,硅有一根没有电子配对的3sp键,这根键称为悬挂键.在表面,周期性势场发生了中断,在那里的原子比较接近孤立原子,所有在该处的原子具有悬挂键必将恢复成纯s或纯p键,这种情况称为退杂化.如果表面的悬挂键退化为纯p键,则Si的下面三根键为2sp杂化:2221s p sp p,2sp的键角为120°++另一悬挂键则退化为s键，则形成2231,3p的键角为90°++s p p s体内Si间的键合是3sp杂化键223+ ,键角109°s p sp因为2sp的键角为120°,比3sp的键角为109°大,这将把表面的硅原子往下拉0.11埃; 3p的键角为90°又比3sp的键角小,使原子表面上升0.18埃,于是在硅表面有两组原子(2sp p和3p s),这样晶胞的尺寸在x 方向就比原来大两倍,所以形成了Si（111）2×1重构.16.纳米材料有哪些效应？小尺寸效应:当纳米材料结构单元尺寸与光波波长,穿透深度等物理特征尺度相当时,其内部晶体周期性边界条件将被破坏.量子尺寸效应:当纳米材料的结构单元某一维度上的尺寸降低到某一值时,费米面附近的电子能谱有准连续变为了离散,表面结构和电子态急剧变化,能隙变宽.表面效应:纳米材料结构单元表面与内部原子的数量比,比表面积,比表面能都随着基元尺寸的下降而迅速提高.17.说明表面张力和表面自由能分别用于什么情况。
解释表面吸附对表面自由能的影响。
如何测试材料的表面自由能，简述其基本原理。
它们的共同点是：（1）都反映了表面分子受力不均匀的情况；（2）两者的数值相同，通常用同一符号表示。
它们的不同点是：（1）两者的物理意义不同，表面自由能是指等温、等压、保持组成不变的条件下，可逆地增加单位表面积时，体系吉布斯自由能的增值。
表面张力是指表面层分子垂直作用于单位长度的边界上且与表面相切的收缩力.（2）两者的单位不同，表面自由能的单位是J·m-2，而表面张力的单位是N·m-1.广义地说表面自由能是指保持相应的特征变量和组成恒定时，每增加单位表面积引起该热力学函数的变化值.狭义地说，表面自由能是指保持温度、压力和组成不变时，每增加单位面积所引起的吉布斯自由能的增值.单位是J · m-2 .广义定义：狭义定义：表面张力是指：表面层分子垂直作用在单位长度的线段或边界上且与表面平行或相切的收缩力称为表面张力.单位是N · m-1.18.什么是晶体材料的易生长晶面，它与什么因素有关？NaCl为简立方晶体，它的易生长晶面是什么？表面态的产生原因和种类，它对材料性能有何影响？在表面外侧和内侧，电子的波函数都按指数关系衰减，这表明电子的分布几率在表面处最大，即电子被局限在表面附近。
这种电子状态即称作表面态，对应的能级称为表面能级。
在半导体的表面，由于存在自身缺陷、吸附物质、氧化物或与电解液中的物质发生作用等原因，表面存在不饱和的共价键，表面电子之量子状态会形成分立的能级或很窄的能带，称为表面态。
19.形成空间电荷区的原因和表面空间电荷区的类型。
空间电荷区的形成:以PN 结为例,由于在半导体接触面两侧存在载流子浓度差,载流子会产生扩散运动,电子由N 区扩散进入P 区,空穴由P 区扩散进入N 区,两侧留下了不能移动的电离杂质电荷,从而形成内建电场阻止扩散运动,当漂移运动和扩散运动达到平衡时,形成空间电荷区,这也是形成原因,而表面空间电荷区的形成原因主要是存在表面电场.具体原因:表面态的影响;功函数的差异;氧化层中存在杂质离子;外加偏压的影响.表面空间电荷区类型:根据表面载流子密度的大小与体内值得比较,可以分为多子堆积状态;平带状态;耗尽状态;反型状态. 20.什么是准费米能级？在非简并情况下,200i n p n =,其中0n 和0p 分别为平衡电子浓度和平衡空穴浓度,i n 是本证载流子浓度,但是有过剩载流子的情况下,上式不在成立.不能够用统一的费米能级,一般引进一个准费米能级来描述电子浓度和空穴浓度.令n 和p 为非平衡条件下体内或表面空间电荷区中的电子浓度和空穴浓度,它们可以表示为exp expFn ii i Fpi E E n n kT E E p p kT-=-=其中Fn E 和F p E 成为准费米能级.21.有一半导体材料，其体费米能级在导带下1/3Eg 处，表面费米能级距导带2/3Eg 处，Eg 为禁带宽度。
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/m 3，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'2ln 0R RT M P P ργ=开始形成的雨滴半径为：0ln 2'p pRT MR ργ=将数据代入得：m R 101079.74ln 997293314.8018.007288.02'-⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=（2）每一雨滴中所含水的分子数为N=N A n ，n=m/M=ρV/M ，得个661002.6018.03997)1079.7(14.34)(34233103'=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===-A A N M R N M V N ρπρ3、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A 1，小水滴的总表面积为A 2,则小水滴数位N ，大水滴半径为r 1，小水滴半径为r 2。
材料物理性能复习资料
材料物理性能复习资料材料物理性能总复习(⽆材⼀)考试题型：1 名词解释 5个*3分，共15分；2 简答 7个*5分，共35分；3 计算 2个*10分，共20分；4 论述 2个*15分，共30分。
考试时间：2013-1-14. 考试重点1 材料的受⼒形变不同材料应⼒应变曲线的区别A （A 点）：⽐例极限; E （B 点）：弹性极限; P （C 点）：屈服极限; U （D 点）：断裂极限;E ，可逆线性正⽐例关系，当应⼒在 E 和 P 之间，外⼒去除后有⼀定程度的永久变形，即发⽣塑性变形陶瓷材料⼀般没有塑性变形，发⽣脆性断裂应⼒：单位⾯积上所受内⼒。
ζ=F/A由于材料的⾯积在外⼒作⽤下，可能有变化，A 就有变化，有名义应⼒和实际（真实）应⼒ P4. 应变：描述物质内部各质点之间的相对位移名义位移的应变：实际应变和L0有关，可以通过公式推导获得由于材料的不同⽅向的应变，因此考虑可以采⽤和应⼒分解的办法来解决，具体看教材第6-7页虎克定律：σ=E ε⽐例系数E 成为弹性模量（Elastic Modulus ）,⼜称弹性刚度相关概念：应⼒应变虎克定律弹性模量001L L L L L ?=-=ε三种应变类型的弹性模量杨⽒模量E ；剪切模量G ；体积模量B 弹性模量：原⼦间结合强度的标志之⼀两类原⼦间结合⼒与原⼦间距关系曲线弹性模量实际与曲线上受⼒点的曲线斜率成正⽐结合键、原⼦之间的距离、外⼒作⽤也将改变弹性模量的值温度升⾼，原⼦之间距离变⼤，弹性模量下降弹性模量的本质特征；弹性模量的影响因素；晶粒、异相、⽓孔、杂质等，弹性模量的计算公式及⽅法；把材料看成材料的串联或者并联，我们可以得到其上限模量和下限模量，如下⾯的公式表⽰：（P13）复合材料弹性模量及应⼒的计算。
陶瓷材料弹性常数和⽓孔率关系多⽓孔陶瓷材料可以看成⼆相材料，其中⼀相的刚度为0 陶瓷材料的弹性模量随⽓孔率变化的表达式是：b 是与制备⼯艺有关常数.当泊松⽐0.3，f1和f2分别是1.9和0.9，和教材上p13公式1.21⼀样粘弹性：⼀些⾮晶体,有时甚⾄多晶体在⽐较⼩的应⼒时同时表现出粘性和弹性。
材料表面界面考试知识点整理2023年修改整理
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.结合方式 晶体特性离子键 电子转移,结合力大,无方向性和饱和性 硬度高,脆性大,熔点高,导电性差共价键 电子共用,结合力大,有方向性和饱和性 强度高,硬度高,熔点低,脆性大,导电性差金属键 依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静导电性,导热性,延展性好,熔点较高 电引力使原子结合,电子逸出共有,结合力较大,无方向性和饱和性分子键 电子云偏移,结合力很小,无方向性和饱和性熔点低,硬度低氢键 氢原子同时与两个负电性很大而原子半径很小的原子结合而产生的具有比一般次价键大的键力,具有饱和性和方向性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.晶体 非晶体原子排列 规则排布 紊乱分布熔点 有固定的熔点 没有明显的熔点性能 各向异性 各向同性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四周环境的三维阵列;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.表面信息猎取的要紧方式及基本原理能够通过光子,电子,离子,声,热,电场和磁场等与材料表面作用,来猎取表面的各种信息,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,来猎取表面信息.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特别明显.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,它本身还能够处于不同的激发电离态,离子还能够与表面产生各种化学反应,总之,离子与表面作用后,提供的信息特别丰富.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？[略]X射线衍射(XRD)是利用晶体形成X射线衍射,对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法.将具有一定波长的X射线照耀到晶体上时,X射线因在晶体内遇到规则排列的原子或离子而发生散射,散射的X射线在某些方向上加强,从而显示与晶体结构相应的特有衍射现象.7.利用光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（Auger）进行表面分析的基本原理和应用范围。
材料表界面思考题答案汇总
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
材料表面与界面5-1
Si O Si O Si O Si O
OH
8.3.体相改性
只讨论聚合物表面结构的影响 8.3.1共混物表面 1）表面张力影响 PS /d-PS共混体系 66%/ 33% PS /d-PS成分完全一样
γ d − PS − γ PS = −7.8 ×102 mJ / m 2
184℃退火
d-PS 45天
功效： 1）材料表面分子键断裂 2）引入含氧基团 表面能增加，接触角减小 应用： 聚合物薄膜 特别是<1mm的薄膜
影响因素：
①电压
一般电压升高，处理效果增强 处理材料表面的厚度决定电压 薄膜一般在15kV
②电流 输出电流增加，处理效果增强。 当输出电流达到某临界值后,电晕处 理的效果增加不多
聚乙烯表面处理输出电流与聚乙烯表面张力的关系
磨性、生物相容性
2）气相沉积
贱射：离子束等轰击金属表面，使金 属原子蒸发，然后沉积到材料表 面上 物理蒸气沉积（PVD）： 加热或贱射使金属原子蒸发，然 后沉积到材料表面上 化学蒸气沉积（CVD）： 将金属氧化物还原成金属原子， 然后沉积到材料表面上
8.2.化学方法改性
8.2.1表面化学反应 1）固液界面反应 成熟技术：含氟化合物表面处理 方法：萘——Na 氨——Na 溶液浸泡
PVME MWps 517~127000 MWpvme 99000
MWps
3）成型条件影响 PVC /PMMA共混体系
γ PVC = 41.9
THF为溶剂 MEK为溶剂
γ PMMA = 41.2
非均相膜 均相膜 PMMA表面富集 PMMA表面微富集
8.3.2嵌段共聚物表面 嵌段共聚物形态 <20% 球状 20～40％ 圆柱状 40～60％ 层状 1）组分表面张力影响 PS －PDMS嵌段共聚物
材料表界面 作业答案
(cm3 )
边长为0.04μm银的立方体个数： n
0.1 1.488*1014 (个） 16 6.72*10
m v 10.5*6.4*1017 6.72*1016
0.1g银可得到上述大小的银胶体粒子数目： n
2
0.1 1.488*1014 (个） 16 6.72*10
7
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。 4. 何谓 HLB 值？HLB 值对表面活性剂的选用有何指导意义？
（1） HLB 值是指表面活性剂的亲水性与亲油性的相对大小。 （2）HLB 越大表示该表面活性剂的亲水性越强,HLB 值越低,则亲油性越强.由此,可根据表 面活性剂的HLB 值的大小,初步选择我们所需要的活性剂类型.
二维理想气体定律 理想气体状态方程
πA=RT
表面压较小的情况下成立
pv=RT
忽略了分子间互相作用力，利用理想化模型推导公式 低压、高温条件下成立
总结： 界面化学四大定律(1/ r1 1/ r2 )
P 2 V 2 M P0 r r
11
（2）单个粒子的表面积： A 6a 6*(4*10 ) 9.6*10 所有这些粒子的总表面积：n*A=1.428*10 (cm )
4 2
6 2
cm2
比表面积=
表面积 1.428*104 5 = =1.428*10（ cm 2/g) 质量 0.1
(3) 0.1g银的体积： v
m 0.1g 0.0095cm3 3 10.5 g / cm
2hr 2hr WSL LG (1 cos ) , tan 2 2 h r r h2
材料物理性能复习
无机材料物理性能复习考试题（含答案）一、名词解释（选做5个，每个5分，共15分）1. KIC：平面应变断裂韧度，表示材料在平面应变条件下抵抗裂纹失稳扩展的能力。
2.偶极子（电偶极子）：正负电荷的平均中心不相重合的带电系统。
3.电偶极矩：偶极子的电荷量与位移矢量的乘积，。
（P288）4.格波：原子热振动的一种描述。
从整体上看，处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波。
格波的一个特点是，其传播介质并非连续介质，而是由原子、离子等形成的晶格，即晶格的振动模。
晶格具有周期性，因而，晶格的振动模具有波的形式。
格波和一般连续介质波有共同的波的特性，但也有它不同的特点。
5.光频支：格波中频率很高的振动波，质点间的相位差很大，邻近的质点运动几乎相反时，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。
（P109）6.声频支：如果振动着的质点中包含频率很低的格波，质点之间的相位差不大，则格波类似于弹性体中的应变波，称为“.声频支振动”。
（P109）7.色散：材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为折射率的色散。
8.光的散射：物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而向四面八方散开，这种现象称为光的散射，向四面八方散开的光，就是散射光。
与光的吸收一样，光的散射也会使通过物质的光的强度减弱。
9.双折射：光进入非均匀介质时，一般要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折射光线，这个现象就称为双折射。
（P172）10.本征半导体（intrinsic semiconductor)：完全不含杂质且无晶格缺陷的、导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体称为本征半导体。
11.P/N型半导体：在半导体中掺入施主杂质，就得到N型半导体；在半导体中掺入受主杂质，就得到P型半导体。
12.超导体：超导材料（superconductor），又称为超导体，指可以在特定温度以下，呈现电阻为零的导体。
材料表界面知识点汇总
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/m2place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。
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。
材料物理化学 第五章 表面与界面 习题
4、固体表面的驰豫与无机超细粉体性能之间有何关系？ 解：由于固相的三维周期性在固体表面处突然中断，表面上原子产生的相对于正常 位置的上、下位移，称为表面弛豫。
材料物理化学
湖南工学院
粉体：微细的固体微料集合体，原料加工成微细颗粒以利于成型和烧结。粉体制备：反 复粉碎形成一系列新表面。而离子极化变形重排畸变有序性降低，随粒子的微细化从表 面增大，无序性增大并向纵深发展，不断影响内部结构，最后使粉体表面结构趋于无定 形化。 一种认为粉体表面层是无定形结构。一种认为粉体表面层是粒度极小的微晶结构。 所以在无机超细粉体上可以发生表面驰豫现象。
A γ αα ＝ 2 A γ αβ
γαβ A γαα
（当 β 位于晶粒内
cos 0 ＝ 2 γ αβ 2 A γαβ
(γA ) ＝ A1 γ α β 晶内
( γA ) 晶内 /( γA ) 晶界 ＝ ( 2 A A1 ) γ αβ / 2 A γ αβ ＝
2 A A1 2A
1
因而 β 相存在于晶界上时较为稳定。
6、陶瓷原料球磨时，湿磨的效率往往高于干磨，如果再加入表面活性剂，则可进一步 提高球磨效率，试分析这些效率的机理。 解：陶瓷原料球磨时，当加入水和表面活性剂时，表面活性剂在水中溶解，并且按 着一定的结构排列， 会在陶瓷原料和球上进行吸附、 润湿， 减少了陶瓷原料和球的摩擦， 因此提高了球磨效率。
7、什麽是润湿？影响湿润的因素有那些？ 解：固体与液体接触后，体系（固体+液体）的吉布斯自由能降低时，称之。 （1）固体表面粗糙：当真实接触角小于 90 芳时，粗糙度越大，表面接触角越小，就
题 5-10 附图
由题意
(a ) (c )
γ SS 2 γ SO cos( 112 γ OO 2 γ SO cos( 100 112 2 γ OO cos 50