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1、表面基础理论第1页，此课件共65页哦表面晶体学表面晶体学 金属表面现象金属表面现象表面缺陷与表面扩散表面缺陷与表面扩散第2页，此课件共65页哦n一些基本概念一些基本概念第3页，此课件共65页哦n固体固体是一种重要的物质结构形态。它大致分为晶体和非晶体两类。是一种重要的物质结构形态。它大致分为晶体和非晶体两类。n晶体晶体中原子、离于或分子在三维空间呈周期性规则排列，即存在长中原子、离于或分子在三维空间呈周期性规则排列，即存在长程的几何有序。程的几何有序。n非晶体非晶体包括传统的玻璃、非晶态金属、非晶态半导体和某些高包括传统的玻璃、非晶态金属、非晶态半导体和某些高分子聚合物，内部原子、离子或分子在
2、三维空间排列无长程序。分子聚合物，内部原子、离子或分子在三维空间排列无长程序。第4页，此课件共65页哦在固体中，原子、离子或分子之间存在一定的结合键。这种结合键在固体中，原子、离子或分子之间存在一定的结合键。这种结合键与原子结构有关。与原子结构有关。1.1.化学健化学健(主价键主价键):):离子键、共价键、金属键离子键、共价键、金属键2.2.物理键物理键(次价键次价键)：分子键分子键1)1)范德瓦尔斯范德瓦尔斯(Van der Waals)(Van der Waals)键键2 2）氢键）氢键第5页，此课件共65页哦三种主键三种主键ionic bond（离子键（离子键）（）（主要存在于非金属材料
3、中，如陶瓷材料中主要存在于非金属材料中，如陶瓷材料中）covalent bond（共价键（共价键）（主要存在于高分子材料及陶瓷中）（主要存在于高分子材料及陶瓷中）metallic bond（金属键）（金属键）（主（主要存在于金属材料中）要存在于金属材料中）第6页，此课件共65页哦金属正离子与非金属负离金属正离子与非金属负离子由静电库仑力吸引而结子由静电库仑力吸引而结合在一起合在一起1）离子键）离子键ionic bond由金属原子与非金属原由金属原子与非金属原子组成子组成 第7页，此课件共65页哦2）共价键共价键 Covalent bond两个原子共享电子对而结合在两个原子共享电子对而结合在一起
4、一起 methane(CH4甲烷甲烷).第8页，此课件共65页哦氧分子的结构氧分子的结构共价键共价键第9页，此课件共65页哦3）金属键）金属键metallic bond金属原子脱去最外层价金属原子脱去最外层价电子成为正离子，各原电子成为正离子，各原子所贡献的电子成为自子所贡献的电子成为自由电子，在间隙内高速由电子，在间隙内高速穿梭往来运动，形成电穿梭往来运动，形成电子云，金属正离子之间子云，金属正离子之间靠与电子云形成的静电靠与电子云形成的静电库仑力结合在一起。库仑力结合在一起。第10页，此课件共65页哦分子键分子键氢键氢键H2O第11页，此课件共65页哦不同材料制成的饮料不同材料制成的饮料罐
5、罐三大类三大类材料材料第12页，此课件共65页哦小轿车采用多种材料制成小轿车采用多种材料制成钢铁钢铁塑料塑料铝铝其它材料其它材料第13页，此课件共65页哦陶瓷制品陶瓷制品第14页，此课件共65页哦固体材料还可分为固体材料还可分为结构材料和功能材料结构材料和功能材料两大类。两大类。n结构材料是以力学性能为主的工程材料，主要用来制造工程建结构材料是以力学性能为主的工程材料，主要用来制造工程建筑中的构件，机械装备中的零件以及工具、模具等。筑中的构件，机械装备中的零件以及工具、模具等。n功能材料是利用物质的各种物理和化学特性及其对外界环境敏感的反应，功能材料是利用物质的各种物理和化学特性及其对外界环境
6、敏感的反应，实现各种信息处理和能量转换的材料实现各种信息处理和能量转换的材料(有时也包括具有特殊力学性能的有时也包括具有特殊力学性能的材料材料)。第15页，此课件共65页哦2.1 2.1 表面晶体学表面晶体学 1.1.相相物质存在的某种状态或结构，物质存在的某种状态或结构，通常称为某一相。通常称为某一相。严格地说，相是系统中均匀严格地说，相是系统中均匀的、与其他部分有界面分开的、与其他部分有界面分开的部分。的部分。第16页，此课件共65页哦(1)(1)表面表面固体材料与气体或液体的分界固体材料与气体或液体的分界面。面。(2)(2)晶界晶界(或亚晶界或亚晶界)多晶材料内部成分、结多晶材料内部成分
7、、结构相同而取向不同晶粒构相同而取向不同晶粒(或亚晶或亚晶)之间的界面。之间的界面。(3)(3)相界相界固体材料中成分、结构不同的两固体材料中成分、结构不同的两相之间的界面。相之间的界面。2.2.固体材料的界面固体材料的界面第17页，此课件共65页哦对于固体材料与气体的界面，分为：对于固体材料与气体的界面，分为：(1)(1)清洁表面清洁表面经过诸如离子轰击、高温脱附、超高经过诸如离子轰击、高温脱附、超高真空中解理、蒸发薄膜、场效应蒸发、化学反应、分子束真空中解理、蒸发薄膜、场效应蒸发、化学反应、分子束外延等特殊处理后。外延等特殊处理后。(2)(2)实际表面实际表面暴露在未加控制的大气环境中的固
8、体表暴露在未加控制的大气环境中的固体表面，或者经过一定加工处理，保持在常温和常压面，或者经过一定加工处理，保持在常温和常压(也可能在低也可能在低真空或高温真空或高温)下的表面。下的表面。第18页，此课件共65页哦n3.3.理想表面理想表面n理想表面是一种理想表面是一种理论上理论上的结构完整的二维点阵平面。的结构完整的二维点阵平面。忽略周期性势场的中断忽略周期性势场的中断忽略缺陷、扩散、热运动忽略缺陷、扩散、热运动忽略外界环境影响忽略外界环境影响第19页，此课件共65页哦原子球体堆积模型原子球体堆积模型固体金属材料的基本状态是结晶态，固体金属材料的基本状态是结晶态，结晶态是热力学稳定状态，结晶态
9、固结晶态是热力学稳定状态，结晶态固体称为晶体，其内部质点体称为晶体，其内部质点(离子、原子、离子、原子、原子集团原子集团)在三维空间周期排列或者说在三维空间周期排列或者说是晶格阵点规则排列。是晶格阵点规则排列。第20页，此课件共65页哦第21页，此课件共65页哦面心立方结构面心立方结构（fcc）固体金属材料的基本晶格类型：固体金属材料的基本晶格类型：三种：三种：面心立方结构面心立方结构第22页，此课件共65页哦体心立方结构（体心立方结构（bcc）固体金属材料的基本晶格类型：固体金属材料的基本晶格类型：体心立方结构体心立方结构第23页，此课件共65页哦hcpstructure固体金属材料的基本晶
10、格类型：固体金属材料的基本晶格类型：密排六方结构密排六方结构第24页，此课件共65页哦n无缺陷的晶体被分成两个半无限大的晶体，分割无缺陷的晶体被分成两个半无限大的晶体，分割前后的原子排列、电子密度不变；表面原子能量大前后的原子排列、电子密度不变；表面原子能量大于内部，既为表面能。于内部，既为表面能。第25页，此课件共65页哦固体材料有单晶、多晶和非晶体等。目前对一些单晶材料固体材料有单晶、多晶和非晶体等。目前对一些单晶材料的清洁表面研究得较为彻底。而对多晶和非晶体的清洁表的清洁表面研究得较为彻底。而对多晶和非晶体的清洁表面还研究得很少。面还研究得很少。第26页，此课件共65页哦n4.4.清洁表
11、面清洁表面n清洁表面指没有被其它任何物质污染，也没有吸附任何不是表面清洁表面指没有被其它任何物质污染，也没有吸附任何不是表面组分的其它原子或分子的表面，是我们在预处理后中想要得到的组分的其它原子或分子的表面，是我们在预处理后中想要得到的表面。表面。n晶体表面是原子排列面，有一侧无固体原子键合，形成晶体表面是原子排列面，有一侧无固体原子键合，形成了附加的表面能。从热力学来看，表面附近的原子排列总了附加的表面能。从热力学来看，表面附近的原子排列总是趋于能量最低的稳定状态。是趋于能量最低的稳定状态。第27页，此课件共65页哦n4.4.清洁表面清洁表面清洁表面成分和结构与内部不同，要清洁表面成分和结构
12、与内部不同，要4-64-6个原子过渡！个原子过渡！即一般大约要经过即一般大约要经过4 46 6个原子层之后才与体内基本相似，所以个原子层之后才与体内基本相似，所以晶体表面实际上只有几个原子层范围。晶体表面实际上只有几个原子层范围。另一方面，晶体表面的最外一层也不是一个原子级的平整表面，另一方面，晶体表面的最外一层也不是一个原子级的平整表面，因为这样的墒值较小，尽管原子排列作了调整，但是自由能仍较高，因为这样的墒值较小，尽管原子排列作了调整，但是自由能仍较高，所以清洁表面必然存在各种类型的表面缺陷。所以清洁表面必然存在各种类型的表面缺陷。第28页，此课件共65页哦n4.4.清洁表面清洁表面清洁表
13、面存在的表面缺陷类型：清洁表面存在的表面缺陷类型：驰豫、重构、吸附、偏析、化合物、台阶驰豫、重构、吸附、偏析、化合物、台阶无论是具有各种缺陷的平台，还是台阶和扭折都会对表面的一些性能产生无论是具有各种缺陷的平台，还是台阶和扭折都会对表面的一些性能产生显著的影响。例如表面的台阶和扭折对晶体生长、气体吸附和反应速度等显著的影响。例如表面的台阶和扭折对晶体生长、气体吸附和反应速度等影响较大。影响较大。第29页，此课件共65页哦n4.4.清洁表面清洁表面 严格地说，清洁表面是指不存在任何污染严格地说，清洁表面是指不存在任何污染的化学纯表面，即不存在吸附、催化反应或杂的化学纯表面，即不存在吸附、催化反应
14、或杂质扩散等一系列物理、化学效应的表面。质扩散等一系列物理、化学效应的表面。因此，制备清洁表面是很困难的，而在几个原子层因此，制备清洁表面是很困难的，而在几个原子层范围内的清洁表面，其偏离三维周期性结构的主要特征范围内的清洁表面，其偏离三维周期性结构的主要特征应该是表面弛豫、表面重构以及表面台阶结构。应该是表面弛豫、表面重构以及表面台阶结构。第30页，此课件共65页哦第31页，此课件共65页哦表面弛豫表面弛豫(d1-2dbulk)第32页，此课件共65页哦n化学吸附化学吸附：外来原子吸附于表面并形成化学键。：外来原子吸附于表面并形成化学键。n表面偏析表面偏析：表面原子从内部分凝出来。：表面原子
15、从内部分凝出来。化学吸附化学吸附表面偏析表面偏析第33页，此课件共65页哦表面台阶结构表面台阶结构：清洁表面实际上不会是完整表面，因为这种原子级的平整清洁表面实际上不会是完整表面，因为这种原子级的平整表面的嫡很小，属热力学不稳定状态，故而清洁表面必然存表面的嫡很小，属热力学不稳定状态，故而清洁表面必然存在台阶结构等表面缺陷。由在台阶结构等表面缺陷。由LEED等实验证实许多单晶体的等实验证实许多单晶体的表面有平台、台阶和扭折。表面有平台、台阶和扭折。第34页，此课件共65页哦n台阶台阶：表面原子形成台阶结构。：表面原子形成台阶结构。第35页，此课件共65页哦n化合物化合物：外来原子进入表面，并与
16、表面原子形成化：外来原子进入表面，并与表面原子形成化合物。合物。第36页，此课件共65页哦n5.5.实际表面实际表面理想的表面是不存在的，清洁的表面是难以制备理想的表面是不存在的，清洁的表面是难以制备的，实际的表面存在缺陷、杂质等现象的，实际的表面存在缺陷、杂质等现象。n表面粗糙度与波纹度表面粗糙度与波纹度是实际表面的基本特征。是实际表面的基本特征。表面粗糙度表面粗糙度吸附和玷污吸附和玷污机械加工表面机械加工表面第37页，此课件共65页哦n一般表面一般表面 一般的零件经过机械加工以后，表面上有各种氧化物覆盖。一般的零件经过机械加工以后，表面上有各种氧化物覆盖。为此，大部分表面覆层技术在工艺实施
17、之前，都要求对表面进行为此，大部分表面覆层技术在工艺实施之前，都要求对表面进行预处理，清除掉表面的氧化皮，以便提高覆层与基材的结合强度。预处理，清除掉表面的氧化皮，以便提高覆层与基材的结合强度。第38页，此课件共65页哦DSC DSC 热分析仪热分析仪第39页，此课件共65页哦经过处理的表面经过处理的表面DSCDSC和和DTADTA仪器样品台仪器样品台第40页，此课件共65页哦经过切削、研磨、抛光的固体表面似乎很平整，然而用电子显微镜经过切削、研磨、抛光的固体表面似乎很平整，然而用电子显微镜进行观察，可以看到表面有明显的起伏，同时还可能有裂缝、空洞进行观察，可以看到表面有明显的起伏，同时还可能
18、有裂缝、空洞等。等。如何评价实际加工零件表面的微观形貌？如何评价实际加工零件表面的微观形貌？一般从垂直于表面的二维截面上测量、分析其轮廓变化。一般从垂直于表面的二维截面上测量、分析其轮廓变化。表面的不平整性包括波纹度和粗糙度两个概念。表面的不平整性包括波纹度和粗糙度两个概念。波纹度波纹度:指在一段较长距离内出现一个峰和谷的周期。指在一段较长距离内出现一个峰和谷的周期。第41页，此课件共65页哦不同加工方法不同加工方法形成的材料表形成的材料表面轮廓曲线面轮廓曲线 第42页，此课件共65页哦第43页，此课件共65页哦表面粗糙度表面粗糙度是指加工表面上具有的较小间距的峰和谷所组成的微观是指加工表面上
19、具有的较小间距的峰和谷所组成的微观几何形状特性。几何形状特性。表面粗糙度对材料的性能有显著的影响：表面粗糙度对材料的性能有显著的影响：u零件配合的可靠和稳定；零件配合的可靠和稳定；减小摩擦与磨损减小摩擦与磨损提高接触刚度和疲劳强度提高接触刚度和疲劳强度降低振动与噪声等有重要作用降低振动与噪声等有重要作用并严重影响材料的摩擦磨损、腐蚀性能、表面磁性能和电性能等。并严重影响材料的摩擦磨损、腐蚀性能、表面磁性能和电性能等。第44页，此课件共65页哦n表面粗糙度表面粗糙度是指加工表面上具有的较小间距的峰和谷所组是指加工表面上具有的较小间距的峰和谷所组成的微观几何形状误差，也称微观粗糙度。成的微观几何形
20、状误差，也称微观粗糙度。指在较短距离内指在较短距离内(2(2800 m)800 m)出现的凹凸不平出现的凹凸不平(0.03-(0.03-4m)4m)。第45页，此课件共65页哦材料的表面粗糙度是表面工程技术中最重要的概念之一。材料的表面粗糙度是表面工程技术中最重要的概念之一。它与表面工程技术的特征及实施前的预备工艺紧密联系，它与表面工程技术的特征及实施前的预备工艺紧密联系，材料表面的粗糙度与加工方法密切相关，尤其是最后一道加工工材料表面的粗糙度与加工方法密切相关，尤其是最后一道加工工序起着决定性的作用。序起着决定性的作用。第46页，此课件共65页哦 机械加工表面机械加工表面在磨削、研磨、抛光等
21、在磨削、研磨、抛光等机械作用下，金属表面机械作用下，金属表面能形成特殊结构的表面能形成特殊结构的表面层。层。贝尔比层贝尔比层塑性变形层塑性变形层贝尔比层贝尔比层第47页，此课件共65页哦贝尔比层：固体材料经切削加工后，在几个微米或者十几个微贝尔比层：固体材料经切削加工后，在几个微米或者十几个微米的表层中可能发生组织结构的剧烈变化，使得在表面约米的表层中可能发生组织结构的剧烈变化，使得在表面约10nm10nm的深度内，形成晶格畸变薄层。的深度内，形成晶格畸变薄层。加工点温度高于表面平均温度，磨后迅速冷却，原子无法回到加工点温度高于表面平均温度，磨后迅速冷却，原子无法回到原来位置；极为细小的微晶层
22、或非晶态层。原来位置；极为细小的微晶层或非晶态层。第48页，此课件共65页哦贝尔比层具有较高的耐磨性和耐蚀性，这在机械制造时可以利贝尔比层具有较高的耐磨性和耐蚀性，这在机械制造时可以利用。但是在其他许多场合，贝尔比层是有害的，例如在硅片上用。但是在其他许多场合，贝尔比层是有害的，例如在硅片上进行外延、氧化和扩散之前要用腐蚀法除掉贝尔比层，因为它进行外延、氧化和扩散之前要用腐蚀法除掉贝尔比层，因为它会感生出位错、层错等缺陷而严重影响器件的性能会感生出位错、层错等缺陷而严重影响器件的性能。在制作硅在制作硅集成电路时，是位错、层错的根源。集成电路时，是位错、层错的根源。第49页，此课件共65页哦 金
23、属在切割、研磨和抛光后，除了表面产生贝尔比层之外，金属在切割、研磨和抛光后，除了表面产生贝尔比层之外，还存在着各种残余应力，同样对材料的许多性能发生影响。实际还存在着各种残余应力，同样对材料的许多性能发生影响。实际上残余应力是材料经各种加工、处理后普遍存在的。上残余应力是材料经各种加工、处理后普遍存在的。许多表面加工处理能在材料表层产生很大的残余应力。它也是许多表面加工处理能在材料表层产生很大的残余应力。它也是一种内应力。一种内应力。表面残余应力表面残余应力第50页，此课件共65页哦残余应力对材料的许多性能和各种反应过程可能会产生根大残余应力对材料的许多性能和各种反应过程可能会产生根大的影响，
24、有利也有弊。的影响，有利也有弊。例如材料在受载时，内应力将与外应力一起发生作用。如例如材料在受载时，内应力将与外应力一起发生作用。如果内应力方向和外应力相反，就会抵消一部分外应力，从而起果内应力方向和外应力相反，就会抵消一部分外应力，从而起有利的作用；如果方向相同则互相叠加，则起坏作用。许多表有利的作用；如果方向相同则互相叠加，则起坏作用。许多表面技术就是利用这个原理，即在材料表层产生残余压应力，来面技术就是利用这个原理，即在材料表层产生残余压应力，来显著提高零件的疲劳强度，降低零件的疲劳缺口敏感度。显著提高零件的疲劳强度，降低零件的疲劳缺口敏感度。表面残余应力表面残余应力第51页，此课件共6
25、5页哦2.2 2.2 金属表面现象金属表面现象3.3.金属表面反应金属表面反应2.2.润湿及黏着润湿及黏着1.1.吸附现象吸附现象第52页，此课件共65页哦一、表面吸附、氧化、沾污一、表面吸附、氧化、沾污固体与气体的作用有三种形式：吸附、吸收和化学反应。固体与气体的作用有三种形式：吸附、吸收和化学反应。吸附吸附是固体表面吸引气体与之结合，以降低固体表面能的作是固体表面吸引气体与之结合，以降低固体表面能的作用。用。吸收吸收是固体的表面和内部都容纳气体，使整个固体的能量发生变化。是固体的表面和内部都容纳气体，使整个固体的能量发生变化。化学反应化学反应是固体与气体的分子或离子间以化学键相互作用，形是
26、固体与气体的分子或离子间以化学键相互作用，形成新的物质，整个固体的能量发生显著的变化。成新的物质，整个固体的能量发生显著的变化。第53页，此课件共65页哦表面吸附包括物理吸附和化学吸附两种。表面吸附包括物理吸附和化学吸附两种。物理吸附物理吸附靠范德华力作用，物理吸附对温度比较敏感，低靠范德华力作用，物理吸附对温度比较敏感，低温下的单层有序结构，吸附分子结构无变化！温下的单层有序结构，吸附分子结构无变化！化学吸附化学吸附则形成化学键结合，存在电子转移，结合强度比则形成化学键结合，存在电子转移，结合强度比物理吸附大许多。物理吸附大许多。1.表面吸附现象表面吸附现象第54页，此课件共65页哦惰性气体
27、原子在基底上往往通过范德瓦尔斯健形成有序的密堆积惰性气体原子在基底上往往通过范德瓦尔斯健形成有序的密堆积结构，但这种结构，但这种物理吸附物理吸附不稳定，易解吸，也易受温度影响，对表面不稳定，易解吸，也易受温度影响，对表面结构和性能影响小。结构和性能影响小。其他气体原子在基底上往往以其他气体原子在基底上往往以化学吸附化学吸附形成覆盖层，或者形形成覆盖层，或者形成替换式或填隙式合金型结构，对表面结构和性能影响大。成替换式或填隙式合金型结构，对表面结构和性能影响大。第55页，此课件共65页哦2.表面氧化现象表面氧化现象固体表面与气体之间会发生作用。当固体表面暴露在一般的空固体表面与气体之间会发生作用
28、。当固体表面暴露在一般的空气中就会吸附氧或水蒸气，在一定的条件下发生化学反应而形气中就会吸附氧或水蒸气，在一定的条件下发生化学反应而形成氧化物或氢氧化物。成氧化物或氢氧化物。金属在高温下的氧化形成的氧化物大致有三种类型：金属在高温下的氧化形成的氧化物大致有三种类型：一是不稳定的氧化物，如金、钼等的氧化物。一是不稳定的氧化物，如金、钼等的氧化物。二是挥发性的氧化物，如氧化钼等，它以恒定的、相当高的二是挥发性的氧化物，如氧化钼等，它以恒定的、相当高的速率形成。速率形成。第56页，此课件共65页哦在金属表面上形成一层或多层的一种或多种氧化物，这是经在金属表面上形成一层或多层的一种或多种氧化物，这是经
29、常遇到的情况，例如铁在高于常遇到的情况，例如铁在高于560560时生成三种氧化物：外层是时生成三种氧化物：外层是FeFe2 2O O3 3；中层是；中层是FeFe3 30 04 4；内层是溶有氧的；内层是溶有氧的FeOFeO，为一种以化合物为基的，为一种以化合物为基的缺位固溶体，称作郁氏体。这三层氧化物的含氧量依次递减而厚缺位固溶体，称作郁氏体。这三层氧化物的含氧量依次递减而厚度却依次递增。度却依次递增。2.表面氧化现象表面氧化现象第57页，此课件共65页哦3.表面沾污表面沾污实际上在工业环境中除了氧和水蒸气外，还可能存在实际上在工业环境中除了氧和水蒸气外，还可能存在COCO2 2、S0S02
30、 2、N0N02 2等等各种污染气体，它们吸附于材料表面生成各种化合物。污染气体的化各种污染气体，它们吸附于材料表面生成各种化合物。污染气体的化学吸附和物理吸附层中其他物质，如有机物、盐等，与材料表面接触学吸附和物理吸附层中其他物质，如有机物、盐等，与材料表面接触后，也留下痕迹。后，也留下痕迹。金属材料在工业金属材料在工业环境中被污染的实环境中被污染的实际表面示意图。际表面示意图。第58页，此课件共65页哦润湿润湿液体与固体表面接触时的表面现象，可以用液滴在表面上液体与固体表面接触时的表面现象，可以用液滴在表面上的散开程度表征润湿程度的散开程度表征润湿程度-润湿与不润湿！润湿与不润湿！二、润湿
31、二、润湿及黏着及黏着第59页，此课件共65页哦黏着固体与固体接触时的表面现象，产生两个新的表面黏着固体与固体接触时的表面现象，产生两个新的表面消耗的能量称为黏附功，表征固体与固体吸引强度！消耗的能量称为黏附功，表征固体与固体吸引强度！接触状况：紧密接触接触状况：紧密接触润湿性：润湿好，黏着强润湿性：润湿好，黏着强固溶性：不同金属间的固溶固溶性：不同金属间的固溶表面活化：提高黏着强度表面活化：提高黏着强度第60页，此课件共65页哦处于界面上的原子除受到来自内部自身原子的作用力外，处于界面上的原子除受到来自内部自身原子的作用力外，还受到外部介质分子还受到外部介质分子(或原子）的作用力。或原子）的作
32、用力。显然其力是不平衡的，若外部为真空更是如此。这使得表面原显然其力是不平衡的，若外部为真空更是如此。这使得表面原子偏离正常的平衡位置，从而牵动着附近的几层原子，造成表子偏离正常的平衡位置，从而牵动着附近的几层原子，造成表层产生畸变，表面的各种缺陷更加重了这种畸变。层产生畸变，表面的各种缺陷更加重了这种畸变。这样就使表层原子的能量比内部的要高很多这样就使表层原子的能量比内部的要高很多 三、固体的表面张力与表面自由能三、固体的表面张力与表面自由能第61页，此课件共65页哦表面能表面能将它们高出的能量叠加起来；将它们高出的能量叠加起来；平均在单位面积上的超额能量称之为比表面能，简称为表面能，平均在
33、单位面积上的超额能量称之为比表面能，简称为表面能，与表面张力同一量纲。与表面张力同一量纲。比较大的表面能有剩余吸引力，必然有通过原子迁移或吸比较大的表面能有剩余吸引力，必然有通过原子迁移或吸附外来物质以调整结构向低能态演变的趋势，附外来物质以调整结构向低能态演变的趋势，以晶态物质、表面有众多微孔和巨大表面积以及活性大的物质以晶态物质、表面有众多微孔和巨大表面积以及活性大的物质尤甚。尤甚。表层原子的能量表层原子的能量 内部原子的能量内部原子的能量 体系自由能降低，缩小界面张力！体系自由能降低，缩小界面张力！第62页，此课件共65页哦2.3 2.3 表面缺陷与扩散表面缺陷与扩散驰豫、重构、吸附、偏析、化合物、台阶驰豫、重构、吸附、偏析、化合物、台阶第63页，此课件共65页哦清洁表面存在的表面缺陷类型：清洁表面存在的表面缺陷类型：驰豫、重构、吸附、偏析、化合物、台阶驰豫、重构、吸附、偏析、化合物、台阶无论是具有各种缺陷的平台，还是台阶和扭折都会对表面的一些性能产生显著的影响。无论是具有各种缺陷的平台，还是台阶和扭折都会对表面的一些性能产生显著的影响。例如表面的台阶和扭折对晶体生长、气体吸附和反应速度等影响较大。例如表面的台阶和扭折对晶体生长、气体吸附和反应速度等影响较大。第64页，此课件共65页哦第65页，此课件共65页哦