表面工程学基础理论
表面工程学基础理论
三、固体表面的结构
清洁表面的一般情况 依热力学的观点，表面附近的原子排列总是趋于能
量最低的稳定状态，达到这种稳定态的方式有两种： ✓ 自行调整，原子排列情况与材料内部明显不同 ✓ 依靠表面成分偏析和表面对外来原子或分子的吸附 ✓ 两者的相互作用而趋向稳定态
表面组分与材料内部不同
4.液-固界面
表面工程学基础理论
一、 界面和表面
表面和界面(surface and interface)
5.固-固界面
严格讲表面应是 液体和固体与其饱 和蒸气之间的界面， 但习惯上把液体或 固体与空气的界面 称为液体或固体的 表面。
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二、 固体材料及其表面
固体材料的界面有三种： 表面——固体材料与气体或液体的分界面 晶界（或亚表面晶技界术）研究——多晶材料内部成分、
晶体表面的成分和结构都不同于晶体内部，一般大 约要经过4～6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层子范围。
表面工程学基础理论几种清洁表面的结和特点表面工程学基础理论
表面弛豫
晶体的三维周期性在表面处突然中断，表面 上原子的配位情况发生变化，并且表面原子 附近的电荷分布也有改变，使表面原子所处 的力场与体内原子不同，因此表面上的原子 会发生相对于正常位置的上下位移以降低体 系的能量。
表达式：F范＝FK＋FD＋FL 1/r7 说明：分子间引力的作用范围极小，一般为3～5A0。
当两个分子过分靠近而引起电子层间斥力约等于B/r3 , 故范得华力只表现出引力作用。
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三、固体表面的结构
(2) 长程力： 属固体物质之间相互作用力，本质仍是范得华力。 按作用原理可 分为： A. 依靠粒子间的电场传播的，如色散力，可以加和。 B. 一个分子到另一个分子逐个传播而达到长距离的。 如诱导作用力。
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区 常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界 面，液-固界面，固-固界面。
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Bulk phase
phase
Interface phase
phase
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Bulk phase
一、 界面和表面
表面和界面(surface and interface)
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三、固体表面的结构
1 、清洁表面结构
固体表面力场 定义： 晶体中每个质点周围都存在着一个力场，在
晶体内部，质点力场是对称的。但在固体表面， 质点排列的周期重复性中断，使处于表面边界上 的质点力场对称性破坏，表现出剩余的键力，
称之为固体表面力。
表面力的分类： (1) 范得华力(分子引力)
这里主要以晶态物质来介绍表 面结构。
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二、 固体材料及其表面
理想表面和表面结晶学 理想表面是一种理论的结构完整的二维点阵
平面。
忽略了： 晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响 表面上原子的热运动以及出现的缺陷和扩散
现象 表面外界环境的作用等，因而把晶体的解理
面认为是理想表面。
(2) 长程力
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三、固体表面的结构
(1) 范得华力(分子引力) 是固体表面产生物理吸附或气体凝聚的原因。与液体内压、
表面张力、蒸汽压、蒸发热等性质有关。
来源三方面：定向作用力FK(静电力) ,发生于极性分子之间。 诱导作用力FD ，发生于极性与非极性分子之间。 分散作用力FL(色散力) ，发生于非极性分子之间。
1.气-液界面
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一、 界面和表面
表面和界面(surface and interface)
2.气-固界面
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一、 界面和表面
表面和界面(surface and interface)
3.液-液界面
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一、 界面和表面
表面和界面(surface and interface)
结构相同而取向不同晶粒（或亚晶）之间 的界面 相界——固体材料中成分、结构不同的两 相之间的界面
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一、 固体材料及其表面
固体材料
固体材料是工程技术中最普遍使用的材料。 按照材料特性，可将它分为
金属材料、
无机非金属材料
有机高分子材料 复合材料
固体材料通常以晶态和非晶态 形式存在于自然界。
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二、 固体材料及其表面
理想表面和表面结晶学
1．二维晶格的周期性与对称性 二维点阵除了平移群和点移群两种基本对称操
作外，还存在镜像滑移群。 二维点阵中存在10种点群 镜像滑移群与点群结合，共得到17种二维对移
群。
2．晶列与晶列指数
3．二维倒易格子
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理想表面结构示意图
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 束外延等特殊处理后，保持在10－6Pa－10－9Pa 超高真空下外来沾污少到不能用一般表面分析方 法探测的表面
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二、 固体材料及其表面
实际表面 实际表面——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 （如切割、研磨、抛光、清洗等），保持 在常温和常压（也可能在低真空或高温） 下的表面
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二、 固体材料及其表面
表面技术研究的对象是固体表面。 对于固体材料与气体界面，又有两种不同的对象： （1）清洁表面 （2）实际表面
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二、 固体材料及其表面
清洁表面 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。 清洁表面的获得：
主要内容
第二章、 固体表面结构与吸附
主
2.1 固体表面结构
要
2.2 固体表面物理吸附
内
容
2.3 固体表面化学吸附
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课件
§ 2-1 固体表面结构
§ 2.1.1 界面和表面 § 2.1.2 固体材料及其表面 § 2.1.3 固体材料的表面结构
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一、 界面和表面
相的概念
相:物质存在的某种状态或结构 相是系统中均匀的、与其他部分有界面分开的
部分。 均匀的是指这部分的成分和性质从给定范围或
宏观来说是相同的，或是以一种连续的方式变 化，也就是没有突然的变化。 在一定温度和压力下，含有多个相的系统为复 相系
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一、 界面和表面
界面的概念 两种不同相之间的交界区称为（相）界面
