第二章 固体界面性质.
合集下载
界面和表面的化学特性和性能研究
界面和表面的化学特性和性能研究在化学领域中，界面和表面是非常重要的研究对象。
它们不仅是化学反应和物质交换的场所，也决定了许多物质的性质和性能。
一、界面的化学特性在物质的相互作用过程中，常常形成界面。
界面可以是液体-固体、液体-液体、气体-固体或气体-液体之间的分界面。
在这些界面上，通常存在着相互作用力和能量。
根据不同的物质类型，界面上的相互作用力和能量也不同。
1. 液体-固体界面在液体-固体界面上，液体分子吸附在固体表面，形成一层分子。
这层分子与固体表面之间的相互作用力称为吸附力或黏附力。
在这种情况下，通常涉及到表面张力、润湿性和化学吸附等特性。
例如，水在玻璃表面上的润湿性很好，而在蜡烛表面上的润湿性很差。
2. 液体-液体界面在液体-液体界面上，液体分子之间发生相互作用。
这种相互作用决定了混合液体中的物质分布和分子运动。
当两种液体相互溶解时，它们之间的界面张力会减小，并且形成一层混合膜。
这种混合膜的化学特性和结构也是很有研究价值的。
3. 气体-固体界面在气体-固体界面上，通常涉及到吸附性质和催化反应等特性。
例如，在汽车尾气净化过程中，铂等贵金属催化剂常常被用于氮氧化物的去除。
这是因为铂催化剂的表面能够吸附氮氧化物，从而使其分解成更简单的气体分子。
4. 气体-液体界面在气体-液体界面上，不同气体分子的溶解度、扩散速率和化学反应速率等特性是很重要的研究对象。
例如，在水中溶解氧气的过程中，氧气分子通过气体-液体界面进入水中，并与水中的氢离子结合，形成水分子和氢氧离子。
二、表面的化学特性表面是物质和空气或其他物质之间的分界面，通常涉及到表面张力、表面能和表面活性等特性。
1. 表面张力表面张力是表面分子间相互作用力所产生的结果，通常用来描述液体表面的弹性和承受力。
例如，在水中加入一滴油，由于油与水的间接作用力不同，两种液体在表面形成的形状也不同。
2. 表面能表面能是指固体表面或液体表面与其他物质之间相互作用时所产生的能量。
材料科学基础-固体的结构
晶带面和与晶带轴之间存在以下关系：
hu+kv+lw=0
此关系称为晶带定理。满足该关系的（hkl)晶面都属于以
[uvw]为晶带轴的晶带。
[uvw]
整理课件
32
第二章 固体结构
利用晶带定理：
①已知两个不平行的晶面(h1k1l1)和(h2k2l2)，求出其晶带 轴[uvw]。
u : v : w ( k 1 l 2 k 2 l 1 ) : ( l 1 h 2 l 2 h 1 ) : ( h 1 k 2 h 2 k 1 )
整理课件
16
第二章 固体结构
整理课件
17
第二章 固体结构
整理课件
18
第二章 固体结构
整理课件
19
第二章 固体结构
整理课件
20
第二章 固体结构
整理课件
21
第二章 固体结构
整理课件
22
第二章 固体结构
晶面族：原子排列规律、面间距完全相同，仅空间位向 关系不同的一组晶面（等价晶面），以｛h k l｝表示。
如六个柱面分别为： ( 1 0 0 ),(0 1 0 ),(1 1 0 ),(1 0 0 ),(0 1 0 ),( 1 1 0 ) c
(1 1 0)
(100)
a2
a1 [100 ]
[110 ]
整理课件
25
第二章 固体结构
根据六方晶系的对称特点，通常采用a1, a2, a3和c四个晶轴确
定六方晶系的晶面指数和晶向指数。
具有相同空间点阵的不同晶体结构
晶体结构相似而具有空间点阵不同
整理课件
13
第二章 固体结构
二、晶向指数和晶面指数
（Miller Indices of Crystallographic Direction and Planes） 1、晶向与晶向指数
hu+kv+lw=0
此关系称为晶带定理。满足该关系的（hkl)晶面都属于以
[uvw]为晶带轴的晶带。
[uvw]
整理课件
32
第二章 固体结构
利用晶带定理：
①已知两个不平行的晶面(h1k1l1)和(h2k2l2)，求出其晶带 轴[uvw]。
u : v : w ( k 1 l 2 k 2 l 1 ) : ( l 1 h 2 l 2 h 1 ) : ( h 1 k 2 h 2 k 1 )
整理课件
16
第二章 固体结构
整理课件
17
第二章 固体结构
整理课件
18
第二章 固体结构
整理课件
19
第二章 固体结构
整理课件
20
第二章 固体结构
整理课件
21
第二章 固体结构
整理课件
22
第二章 固体结构
晶面族：原子排列规律、面间距完全相同，仅空间位向 关系不同的一组晶面（等价晶面），以｛h k l｝表示。
如六个柱面分别为： ( 1 0 0 ),(0 1 0 ),(1 1 0 ),(1 0 0 ),(0 1 0 ),( 1 1 0 ) c
(1 1 0)
(100)
a2
a1 [100 ]
[110 ]
整理课件
25
第二章 固体结构
根据六方晶系的对称特点，通常采用a1, a2, a3和c四个晶轴确
定六方晶系的晶面指数和晶向指数。
具有相同空间点阵的不同晶体结构
晶体结构相似而具有空间点阵不同
整理课件
13
第二章 固体结构
二、晶向指数和晶面指数
（Miller Indices of Crystallographic Direction and Planes） 1、晶向与晶向指数
固态相变 第二章 界面1
1) 表面能随指数升高而升高；
表面的原子数随晶面指数的升高 而减少。
2）表面能 g=E+PV－TS
内能E的计算 和断键有关 3）考虑熵增后表面能的表达式
二、任意表面的表面能
1） 小台阶界面 2）表面能与q角的关系
三、g极图
1)作法 2)作用
§3 单相固溶体中的晶界
晶界的性质取决于： 两相邻晶粒位向的差别 界面相对于相邻晶粒的取向 晶界的含义 过渡层 倾转晶界和扭转晶界 q角的定义。 一、小角度晶界和大角度晶界 1）小角度晶界的晶体结构 2）晶界能和影响因素 3）大角度晶界 界面能
DGa - DG )[1 - exp ] RT RT
每个原子的体积为Vm/Na,
v J= Vm / N a
v为晶界移动的速度
又： 当DG RT时， DG DG 1 - exp() RT RT 2 AnVm DGa DG DG v= exp() =M N a RT RT Vm Vm
M为晶界迁移率，单位驱动力下的晶界位移速度 M和温度有关，温度越高，M值越大；
Fdx = DG F= DG Vm
dx
Vm
讨论：再结晶和再结晶后晶粒长大时晶界迁移的驱动力是 否相同？为什么？
1）再结晶驱动力：新旧晶粒位错应变能差 2）晶粒长大的驱动力：曲率半径，界面能差
Reaction fronts (high angle boundaries) migrating during recrystallization: a) TEM of an austenitic stainless steel containing 15% Cr and 15% Ni, cold worked to a 50% area reduction and annealed at 800 ℃ for 3 hours; and b) micrograph of a sample of pure tantalum cold worked to 72% area reduction and annealed at 900℃ for 30 minutes (SEM, BSE).
材料科学基础第2章
晶胞示意图
晶胞大小和形状表示方法
晶胞大小和形状表示方法为：
晶胞的棱边长度ａ、ｂ、ｃ（称为点阵常数、晶格常 数(lattice constants/parameters))； 棱边的夹角为α、β、γ（称为晶轴间夹角）。 选取晶胞的原则： 1、应反映出点阵的高度对称性 2、棱和角相等的数目最多 3、棱边夹角为直角时，直角数目最多 4、晶胞体积最小
晶面指数（hkil）其中i=-（h+k）
晶向指数 [uvtw] 其中t=-（u+v）
六方晶系按两种晶轴系所得的晶面指数和晶向 指数可相互转化：
六方晶系的晶向（面）指数示意图
六方晶系的一些晶向（面）指数
4.晶带
晶带——所有平行或相交于同一直线的晶面构成一个 晶带，此直线称为晶带轴。属此晶带的晶面称为共 带面。 晶带定理：同一晶带上晶带轴[uvw]和晶带面（hkl） 之间存在以下关系：hu+kv+lw=0 通过晶带定理可以求晶向指数或晶面指数。 a) 求两不平行的晶面（h1k1l1）和（h2k2l2）的晶 带轴。 b) 求两个不平行的晶向[u1v1w1]和[u2v2w2]所决定 的晶面。
面心立方八面体间隙面心立方Biblioteka 面体间隙面心立方四面体间隙
面心立方四面体间隙
面心立方原子堆垛顺序
面心立方晶体的 ABCABC 顺序密堆结构
2.体心立方晶格(特征）
原子排列:晶胞八个顶角和晶胞体心各有一个原子 点阵参数:a=b=c，α=β=γ=90º 晶胞中原子数:n=8×1/8＋1=2个 3 原子半径: 4R 3a, R a
三种典型金属晶体结构刚球模型
三种典型金属晶体结构晶胞原子数
原子半径与晶格常数
三种典型金属晶格密排面的堆垛方式
材料物理基础第二章固体结构-(7)固溶体结构-201209
（2）影响溶质溶解度的因素
（3）决定固溶体类型的因素
8
（4）固溶体性质与溶剂金属晶体性质的异同点
金属固溶体结构 1.基本特征
• 金属（溶剂）+金属或非金属（溶质）（一次固溶体，primary solid solution）。 • 保持溶剂金属的晶体结构，溶质以单个原子分布在溶剂晶体结构中（取代 溶剂原子或位于溶剂晶格间隙位置）。 • 溶质原子分布长程无序（无序固溶体），但微观分布不均匀（理想晶体除 外），存在短程有序或原子偏聚。 • 溶剂和溶质原子的配比可以在一定范围变化（有限固溶），或以任意比例 变化（无限固溶），而不改变溶剂的晶体结构类型。 • 基本保持溶剂金属特性，金属键。良好导电性，良好塑性。但但随溶质原 子数量增加，固溶体强度升高（固溶强化），塑性降低，电阻率升高、磁 性能改变、耐腐蚀性降低等，固溶体和溶剂晶体的性能差别增大。 • 金属溶剂的晶体产生点阵畸变（晶格畸变），溶剂晶体的点阵常数改变。 • 9 在相图中，金属固溶体通常位于相图的两侧（端际固溶体）。
20
短程有序分布
17
长程无序
金属固溶体结构
影响溶ห้องสมุดไป่ตู้原子分布均匀性的主要因素：
同类原子间结合能EAA和EBB及异类原子间结合能EAB
若EAA = EBB = EAB，则溶质原子倾向完全无序分布。 若(EAA ＋EBB)/2＞EAB，则溶质原子倾向偏聚分布。 若(EAA ＋EBB)/2＜EAB，则溶质原子倾向有序分布。
原子电离能I ：使一个原子失去一个最外层电子所需的能量。
电子亲和势E：一个中性原子获得一个电子成为负离子所释放的能量。 • 异类原子的负电性相差越大，越易形成化合物，不易形成固 溶体。当形成化合物，电负性差将影响化合物的化合键。
《固体的表面性质》课件
界面热学性质是指固体与其他相之间界面上的热学性质。界面热学性质的测 量方法多样，并对固体的性质产生重要影响。
总结
通过本课程的学习，我们了解了固体的表面性质的背景和意义，以及表面能、 主动表面、吸附现象和界面热学性质的相关知识。固体表面性质的研究对于 材料科学和应用具有重要意义，并且有着广阔的发展前景。
《固体的表面性质》PPT 课件
固体的表面性质是研究固体材料表面上发生的各种现象和特性的学科，本课 件将介绍固体表面性质的背景、表面能、主动表面、吸附现象和界面热学性 质。
固体的表面性质：简介
固体的表面性质研究的是固体表面上发生的各种现象和特性。了解固体的表面性质对于材料设计和应用具有重 要的意义。
表面能
表面能是固体表面各个点自由能的平均值，可以用来描述固体表面对外界的 亲疏性。
主动表面
主动表面是指能主动改变自身表面性质的固体表面。不同类型的主动表面具 有不同的特点和应用。
吸附现象
吸附现象是指固体表面吸附气体、溶液或固体的现象。吸附现象有不同的分类和特点，并对固体的性质产生影 响。
界面热学性质
总结
通过本课程的学习，我们了解了固体的表面性质的背景和意义，以及表面能、 主动表面、吸附现象和界面热学性质的相关知识。固体表面性质的研究对于 材料科学和应用具有重要意义，并且有着广阔的发展前景。
《固体的表面性质》PPT 课件
固体的表面性质是研究固体材料表面上发生的各种现象和特性的学科，本课 件将介绍固体表面性质的背景、表面能、主动表面、吸附现象和界面热学性 质。
固体的表面性质：简介
固体的表面性质研究的是固体表面上发生的各种现象和特性。了解固体的表面性质对于材料设计和应用具有重 要的意义。
表面能
表面能是固体表面各个点自由能的平均值，可以用来描述固体表面对外界的 亲疏性。
主动表面
主动表面是指能主动改变自身表面性质的固体表面。不同类型的主动表面具 有不同的特点和应用。
吸附现象
吸附现象是指固体表面吸附气体、溶液或固体的现象。吸附现象有不同的分类和特点，并对固体的性质产生影 响。
界面热学性质
第二章 固体的界面性质
§2-3 Langmuir单分子层吸附理论 单分子层吸附理论 与Freundlich经验方程 经验方程
一、Laugmuir单分子层吸附理论 Laugmuir单分子层吸附理论
1916年 augrmuir根据分子间作用力随距离上升而 1916年，Laugrmuir根据分子间作用力随距离上升而 迅速下降的事实，提出了他的吸附理论，他假设： 迅速下降的事实，提出了他的吸附理论，他假设：
二、吸附量与吸附曲线
吸附量（ ）：单位质量吸附剂所吸附的吸附质 单位质量吸附剂所吸附的吸附质（ 吸附量（Γ）：单位质量吸附剂所吸附的吸附质（气 体）在标准状态下的体积（mL/g），亦有用物质的量表 在标准状态下的体积（ ），亦有用物质的量表 ）， 示的 Γ =V/m 或 Γ =n/m 吸附达平衡时，对于给定的一对吸附剂和吸附质，其 吸附达平衡时，对于给定的一对吸附剂和吸附质， 吸附量与温度及气体压力有关，即 吸附量与温度及气体压力有关，
σ = (τ 1 + τ 2 ) / 2
τ 1、 2为两个新表面的表面应力，通常τ 1=τ 2=σ。 τ 为两个新表面的表面应力， =σ。
恒温、恒压条件下新形成表面而增加的固体Gibbs 恒温、恒压条件下新形成表面而增加的固体Gibbs 函数为: 函数为: d(AGs)=σdA ∴ σ=Gs+A( ∂ Gs/ ∂ A) 式2-2 该式表明固体的表面张力包括两部分： 该式表明固体的表面张力包括两部分：一部分是表面能 的贡献（Gs）。一部分是由于表面积改变引起表面能改变的 的贡献（Gs）。一部分是由于表面积改变引起表面能改变的 ）。 贡献（ A)， 贡献（A( ∂ Gs/ ∂ A)，可理解为分子间距离的改变而引起的 Gs的变化 从而产生对Gibbs函数的贡献。 的变化， Gibbs函数的贡献 Gs的变化，从而产生对Gibbs函数的贡献。 对液体而言，分子移动到平衡位置很快， 对液体而言，分子移动到平衡位置很快，所以 =0， =σ。 ∂ Gs/ ∂ A =0， Gl=σ。 对固体而言，表面分子移动到平衡位置时间很长， 对固体而言，表面分子移动到平衡位置时间很长， A≠0，即达到平衡之前Gs≠σ ∂ Gs/ ∂ A≠0，即达到平衡之前Gs≠σ
第2章 固体表面的特征
第二章 固体表面的特征
• 固体的表面特性 • 表层的结构 • 金属材料的内部结构特征 • 固体的表面几何形貌 • 原子力显微镜
2.1、 固体的表面特性
固体表面是指固体气或固液体界面，具有很复 杂的结构和特性。影响实际接触面积、摩擦、 磨损和润滑性能，也影响光学、导电、传热、 着色和外观。 三个基本特征：
(3) 表面粗糙度的评定参数
(3.1)表面粗糙度标准有:
《产品几何技术规范 表面结构 轮廓法 表面结构的术 语、定义及参数》（GB/T 3505-2000）
《表面粗糙度 参数及其数值》（GB/T1031-1995） 《机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法》（GB/T 131-1993）
表面粗糙度的评定参数
宏观几何形状 λ>10mm
几何形状误差
表面波度 1mm< λ<10mm
表面粗糙度 λ<1mm
(2)表面粗糙度对互换性的影响
表面粗糙度直接影响产品的质量，对零件表面许多功 能都有影响。其主要表现 ：
1. 配合性质 2. 耐磨性 3. 耐腐蚀性 4. 抗疲劳强度 为保证零件的使用性能和互换性，在零件几何精度设 计时必须提出合理的表面粗糙度要求。
1）轮廓算术平均偏差Ra 轮廓算术平均偏差是指在一个取样长度内,轮廓偏距
z(x)绝对值的算术平均值。
参数
Ra
幅值参数 - Ra
参数
Ra Ra Ra
Ra
幅值参数 – Ra的限制
表面粗糙度的评定参数
2）均方根粗糙度Rq(rms) 均方根粗糙度为测量区域高度的各点偏离
该区域平均高度位置的均方根值。
Rq 1 L z2dx
驱动箱 60/120/200mm行程(X)
• 固体的表面特性 • 表层的结构 • 金属材料的内部结构特征 • 固体的表面几何形貌 • 原子力显微镜
2.1、 固体的表面特性
固体表面是指固体气或固液体界面，具有很复 杂的结构和特性。影响实际接触面积、摩擦、 磨损和润滑性能，也影响光学、导电、传热、 着色和外观。 三个基本特征：
(3) 表面粗糙度的评定参数
(3.1)表面粗糙度标准有:
《产品几何技术规范 表面结构 轮廓法 表面结构的术 语、定义及参数》（GB/T 3505-2000）
《表面粗糙度 参数及其数值》（GB/T1031-1995） 《机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法》（GB/T 131-1993）
表面粗糙度的评定参数
宏观几何形状 λ>10mm
几何形状误差
表面波度 1mm< λ<10mm
表面粗糙度 λ<1mm
(2)表面粗糙度对互换性的影响
表面粗糙度直接影响产品的质量，对零件表面许多功 能都有影响。其主要表现 ：
1. 配合性质 2. 耐磨性 3. 耐腐蚀性 4. 抗疲劳强度 为保证零件的使用性能和互换性，在零件几何精度设 计时必须提出合理的表面粗糙度要求。
1）轮廓算术平均偏差Ra 轮廓算术平均偏差是指在一个取样长度内,轮廓偏距
z(x)绝对值的算术平均值。
参数
Ra
幅值参数 - Ra
参数
Ra Ra Ra
Ra
幅值参数 – Ra的限制
表面粗糙度的评定参数
2）均方根粗糙度Rq(rms) 均方根粗糙度为测量区域高度的各点偏离
该区域平均高度位置的均方根值。
Rq 1 L z2dx
驱动箱 60/120/200mm行程(X)
胶体化学第2章-固体界面性质
胶体化学第2章-固体界面性质
2.1 固体的表面张力与表面能
固体表面的特点 固体表面的稳定性
低温接触
接近熔点时的熔结
铜的表面特性
固体表面的不均匀性
固体表面的各种形态示意图
2.2 固体表面上的气体吸附
2.2.1 吸附现象和吸附量
吸附量(A):每克吸附剂所吸附的吸附质体积或摩尔分数
A V(STP )
或
m
A n m
吸附量的测量方法有多种，下面介绍重量法和连续流动色谱
法。
1、重量法 如下图示。由压力计测出平衡压力，进而计算吸附量。
2、连续流动色谱法 如下图示。氮气为吸附质，He 为载气，在低温（液氮）下进行吸附。
首先，氮气与氦气在E1混合後，沿线路如下： F→I1→J（参考臂）→K→I2→六通阀（6→1）→E2→J（测 量臂）→流量计→放空。
液体在固体上沾湿过程的示意图 固体浸湿过程示意图
液体在固体表面上的铺展
液滴在固体表面上气、液、固 三相界面上的张力平衡
水银滴在玻璃上的接触角
摄影或放大后作切线测量接触角 斜板法测定接触角示意图
光反射法示意图
长度测量法示意图
液滴高度与直径变化示意图 液体高度与接触角关系图
汇报结束
谢谢大家! 请各位批评指正
lgVlgK1lgP （n>1） n
2．Langmuir等温吸附式
V VmbP 1 bP
P1 1 P
V Vmb Vm
3．BET吸附等温式
V
Vm•CP
(P0P)1[(C1)P/P0]
2.2.4 影响固气吸附的因素 吸附质的性能。
P 1 C1(P） V(P0P) Vm•C Vm•CP0
有温度，压力以及吸附剂和
2.1 固体的表面张力与表面能
固体表面的特点 固体表面的稳定性
低温接触
接近熔点时的熔结
铜的表面特性
固体表面的不均匀性
固体表面的各种形态示意图
2.2 固体表面上的气体吸附
2.2.1 吸附现象和吸附量
吸附量(A):每克吸附剂所吸附的吸附质体积或摩尔分数
A V(STP )
或
m
A n m
吸附量的测量方法有多种，下面介绍重量法和连续流动色谱
法。
1、重量法 如下图示。由压力计测出平衡压力，进而计算吸附量。
2、连续流动色谱法 如下图示。氮气为吸附质，He 为载气，在低温（液氮）下进行吸附。
首先，氮气与氦气在E1混合後，沿线路如下： F→I1→J（参考臂）→K→I2→六通阀（6→1）→E2→J（测 量臂）→流量计→放空。
液体在固体上沾湿过程的示意图 固体浸湿过程示意图
液体在固体表面上的铺展
液滴在固体表面上气、液、固 三相界面上的张力平衡
水银滴在玻璃上的接触角
摄影或放大后作切线测量接触角 斜板法测定接触角示意图
光反射法示意图
长度测量法示意图
液滴高度与直径变化示意图 液体高度与接触角关系图
汇报结束
谢谢大家! 请各位批评指正
lgVlgK1lgP （n>1） n
2．Langmuir等温吸附式
V VmbP 1 bP
P1 1 P
V Vmb Vm
3．BET吸附等温式
V
Vm•CP
(P0P)1[(C1)P/P0]
2.2.4 影响固气吸附的因素 吸附质的性能。
P 1 C1(P） V(P0P) Vm•C Vm•CP0
有温度，压力以及吸附剂和
第二章-固体材料表面与界面电子过程
区流向费米能级低的p区，空
穴则从p区流向n区，因而EFn
下移，而EFp移，直至EFn=EFp
时为止。这时p-n结中有统一
的费米级能Ef
2)空间电荷区内电势V(x)
V(x):np降低
电子电势能-qV(x)
n p区不断升高
EFn和EFp分别表示n型和p型半导
体的费米能级
平衡p-n结的能带图
p区的能带上移，
＝E -E
0
c
又称为电子亲合能，它表示要使半导体导带底
的电子逸出体外所需要的最小能量。
半导体的功函数又可表示为
Ws= + Ec ( E F ) s =
En=Ec-(EF)s 又称肖特基势垒
+En
27
半导体功函数与杂质浓度的关系(计算值)
28
2.接触电势差
（1）设想有一块金属和一块n型半导体，它们有共
来估记:
47
(7)
48
49
50
(8)氧化物-半导体界面态
氧化物-半导体界面电子态(Si-SiO2)
•化学处理后的硅表面会存在一层极薄SiO2层。
•对Si表面电子输运有影响是SiO2-Si的界面所
形成的附加态，即界面态。因为在外场作用
下响应时间快。
界面态的来源•界面态产生原因与表面态相
同，电子受到的周期性势场发生突变所致。
34
3.3 表面势与表面态
35
2
39
40
(3)表面态类型
41
(4)
42
(5)
•产生表面空间电荷层的条件：表面的外电场；
半导体上的绝缘层中存在的电荷在表面感生的
电场；
穴则从p区流向n区，因而EFn
下移，而EFp移，直至EFn=EFp
时为止。这时p-n结中有统一
的费米级能Ef
2)空间电荷区内电势V(x)
V(x):np降低
电子电势能-qV(x)
n p区不断升高
EFn和EFp分别表示n型和p型半导
体的费米能级
平衡p-n结的能带图
p区的能带上移，
＝E -E
0
c
又称为电子亲合能，它表示要使半导体导带底
的电子逸出体外所需要的最小能量。
半导体的功函数又可表示为
Ws= + Ec ( E F ) s =
En=Ec-(EF)s 又称肖特基势垒
+En
27
半导体功函数与杂质浓度的关系(计算值)
28
2.接触电势差
（1）设想有一块金属和一块n型半导体，它们有共
来估记:
47
(7)
48
49
50
(8)氧化物-半导体界面态
氧化物-半导体界面电子态(Si-SiO2)
•化学处理后的硅表面会存在一层极薄SiO2层。
•对Si表面电子输运有影响是SiO2-Si的界面所
形成的附加态，即界面态。因为在外场作用
下响应时间快。
界面态的来源•界面态产生原因与表面态相
同，电子受到的周期性势场发生突变所致。
34
3.3 表面势与表面态
35
2
39
40
(3)表面态类型
41
(4)
42
(5)
•产生表面空间电荷层的条件：表面的外电场；
半导体上的绝缘层中存在的电荷在表面感生的
电场；
【材料课件】固体界面行为
2 cos h rg
由此式可以看出， 当 < 90，h>0，即水 进入孔隙内并上升为一定高度，孔径越小 上升高度越高；而当 > 90时，h<0，即 水不能进入孔隙内。
可见，当材料一定时（即润湿角一 定），孔隙中吸水上升的高度，与孔径 成反比。 常温下，水的表面张力为 72.14 dyn /cm， 假定 =0，材料内部的孔隙是连通的。 孔径 r=50μ m，h= 30 cm；
液—液、液—气
习惯上我们把固—气、液—气界面叫 做固体或液体的表面。
本体相：物体的内部 表面相（界面相）：处于物体表面
的部分，具有本体相所没有的表面能。 处于材料表面层的分子状态与其内部相 比有所差异，同时某种材料与其他物质之 间的化学反应（例如氧化、腐蚀等）都是 从表面开始进行的，所以研究材料的界面 行为非常必要，为了研究方便，一般将物 体分为本体相和表面相。
对于液体，因为液体不能承受 剪应力，外力所做的功表现为表 面积的扩展，表面能与表面张力 在数值上是相同的。而对于固体， 因为能承受剪切应力，外力的作 用除了表现为表面积的增加外， 有一部分变成塑性变形。因此固 体的表面能与表面张力其值是不 等的。
三、吸附、粘附与润湿
吸附：处于固体或液体表面相的 原子或离子，吸引相邻物体的原 子、离子或分子的现象，叫做吸 附。
比表面积：材料所具有的表面积与其质 量之比（单位：m2/kg）。
比表面积与构成材料的微粒的大 小和形状都有关系。增加材料的比表 面积，实际上就增加了材料的表面相 成分，同时也就增加了材料的总能量 和反应活性。
二、表面能与表面张力
空气
水的表面相
水的本体相
以水为例，处于本体相中的每个分子周围都存在 着一个对称的力场，而处于表面相的分子则受到指向 本体相的力的作用，即表面相的分子有回到本体相中 去的趋势。
第1章液体界面 第2章固体界面性质
由于恒温恒压下环境对系统做的可逆非体积功等于系统 的吉布斯函数改变，即 也是恒温恒压下系统增加单位面积时 所增加的吉布斯函数，称为表面吉布斯 自由能，单位为 J m2 。
Wr ' dGT , p dAs
G A s T , p
.热力学公式 多组分多相系统，再将各相界面面积 As 作为变量， 若只考虑一个相界面，并且两相温度、压力相同，相应 的热力学基本公式为
表面张力 就是垂直作用于单位长度的边界上的引起液体表面
1 收缩的力。 N m 单位是
表面张力的方向 是和液面相切，并和两部分的分界线垂直。 如果液面是平面，表面张力就在平面上，见图。 如果液面是曲面，表面张力则在这个曲面的切面上，见图。
表面张力的定量描述实验
2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l
B
B
B
B
G U H A A A A As T ,V ,nB ( ) s T , p ,nB ( ) s S ,V ,nB ( ) s S , p ,nB ( )
4. 表面张力的影响因素 （1）表面张力与物质本性的关系
不同物质分子间作用力不同，对表面分子的影响也不同。 不同液体表面张力的差异主要是不同液体分子间作用力不同。
一般情况下，非极性液体较小，极性液体表面张力较大， 熔融盐和熔融金 属（离子键、金属键）表面张力很高。 20℃ 水 72.75 乙醇 22.3 乙醚 17.0 汞 25℃ 485.48 氯化钠 803℃ 113.8 氧化亚铁 1427℃ 582 氧化铝 2080℃ 700 银 1100℃ 878.5 铜 1084.6℃ 1300 ／mN.m-1
《固体表面与界面》课件
《固体表面与界面》PPT 课件
在这个课件中，我们将探讨固体表面与界面的基本概念、化学反应、能量状 态、结构和性质，以及它们对材料性能的影响。同时，我们将展望这一领域 的应用前景和研究方向。
什么是固体表面和界面
固体表面的概念
探索固体表面的特征、结构和功能。
固体界面的概念
介绍固体与其它物质交界面的特性和重要性。
1
固体交界面的结构和性质
了解固体交界面的特征、结构和性质。
2
固体界面的分类及影响因素来自介绍不同类型的固体界面及其受影响的因素。
3
固体界面对材料性能的影响
讨论固体界面对材料性能的重要影响。
应用前景和研究方向
固体表面和界面在材料科学中的重要性
展示固体表面和界面在材料科学研究和应用中的重要性。
固体表面和界面材料的应用前景
探索固体表面自由能的含义和受影响的因素。
3 表面润湿性的原理
解释表面润湿性的基本原理和影响因素。
固体表面结构和性质
固体表面结构的研究方法
介绍常用的固体表面结构研究 方法。
固体表面结构与性质的 关系
探讨固体表面结构与性质之间 的关联。
固体表面对材料性能的 影响
分析固体表面对材料性能的重 要影响。
固体界面与材料性能
固体表面化学反应
1
表面化学反应的概念
了解发生在固体表面的化学反应的基本原理。
2
表面化学反应的机理及分类
探讨不同类型的表面化学反应的机制和分类。
3
表面反应速率与反应条件的关系
分析表面反应速率与反应条件之间的关联。
固体表面的能量状态
1 固体表面的表观能
介绍固体表面的表观能概念及其重要性。
2 表面自由能的概念及影响因素
在这个课件中，我们将探讨固体表面与界面的基本概念、化学反应、能量状 态、结构和性质，以及它们对材料性能的影响。同时，我们将展望这一领域 的应用前景和研究方向。
什么是固体表面和界面
固体表面的概念
探索固体表面的特征、结构和功能。
固体界面的概念
介绍固体与其它物质交界面的特性和重要性。
1
固体交界面的结构和性质
了解固体交界面的特征、结构和性质。
2
固体界面的分类及影响因素来自介绍不同类型的固体界面及其受影响的因素。
3
固体界面对材料性能的影响
讨论固体界面对材料性能的重要影响。
应用前景和研究方向
固体表面和界面在材料科学中的重要性
展示固体表面和界面在材料科学研究和应用中的重要性。
固体表面和界面材料的应用前景
探索固体表面自由能的含义和受影响的因素。
3 表面润湿性的原理
解释表面润湿性的基本原理和影响因素。
固体表面结构和性质
固体表面结构的研究方法
介绍常用的固体表面结构研究 方法。
固体表面结构与性质的 关系
探讨固体表面结构与性质之间 的关联。
固体表面对材料性能的 影响
分析固体表面对材料性能的重 要影响。
固体界面与材料性能
固体表面化学反应
1
表面化学反应的概念
了解发生在固体表面的化学反应的基本原理。
2
表面化学反应的机理及分类
探讨不同类型的表面化学反应的机制和分类。
3
表面反应速率与反应条件的关系
分析表面反应速率与反应条件之间的关联。
固体表面的能量状态
1 固体表面的表观能
介绍固体表面的表观能概念及其重要性。
2 表面自由能的概念及影响因素
完整版2第二章晶体的界面结构
出的。 ? 晶界点阵缺陷模型： 1949年葛庭燧用内耗法研究了纯 Al, Cu和Fe等晶界滑移激
活能，证明晶界滑移激活能与内扩散激活能几乎相等。因此提出了晶界上存在 大量空为及间隙原子等点阵缺陷。 ? 位错模型：
– 1952年Chalmers 提出大角晶界石位错交错排列的结果； – 1952年Smoluchowsky 提出了晶界是有一些位错团组成的； – 1961年李政民提出晶界是由一系列密排列的位错而成的板状结构。
?完全共格相界
?弹性畸变共格相界
?半共格相界
?非共格相界
2.1 晶体界面的发展
晶界（相界）：多晶体中个晶粒之间的交界。
? 非晶体粘合物学术：晶体是由非晶粘合物构成。（ 20世纪初） ? 点阵过渡学说： 1929年Hargeacave 和Hills 提出，晶界上的原子是由相邻晶粒
的位相所决定的。 ? 大角晶界结构岛状模型： 1948年Mott, 在解释高温蠕变时晶界的滑移和迁移时提
对称倾斜晶界模型22不对称倾斜晶界晶界面在hkl100010晶ac两组位错间距ossin不对称晶界模型动画22晶界面是001旋转轴100另一组平行01019两组螺位错构成动画22间部分是良好区位错间距当值增大时位错间距变小即中间网络区缩小对于简单对称倾斜晶界根据弹性理论计算假如某一刃型位错产生的能量为取垂直排列的三个刃型位错将每个位错化成一个区域各个区域宽度位错中心的原子错排能它存在于半径为rkd之间的区域内以外的区域的能量受周围位错的影响
第二章 晶体的界面结构
2.1 晶界与相界的概念
孪晶界与相界
1）孪晶界 两晶粒沿公共晶面形成镜面 对称关系
2）相界
相邻两相之间的界面
3）分类
孪晶界(相界)点阵完全重
活能，证明晶界滑移激活能与内扩散激活能几乎相等。因此提出了晶界上存在 大量空为及间隙原子等点阵缺陷。 ? 位错模型：
– 1952年Chalmers 提出大角晶界石位错交错排列的结果； – 1952年Smoluchowsky 提出了晶界是有一些位错团组成的； – 1961年李政民提出晶界是由一系列密排列的位错而成的板状结构。
?完全共格相界
?弹性畸变共格相界
?半共格相界
?非共格相界
2.1 晶体界面的发展
晶界（相界）：多晶体中个晶粒之间的交界。
? 非晶体粘合物学术：晶体是由非晶粘合物构成。（ 20世纪初） ? 点阵过渡学说： 1929年Hargeacave 和Hills 提出，晶界上的原子是由相邻晶粒
的位相所决定的。 ? 大角晶界结构岛状模型： 1948年Mott, 在解释高温蠕变时晶界的滑移和迁移时提
对称倾斜晶界模型22不对称倾斜晶界晶界面在hkl100010晶ac两组位错间距ossin不对称晶界模型动画22晶界面是001旋转轴100另一组平行01019两组螺位错构成动画22间部分是良好区位错间距当值增大时位错间距变小即中间网络区缩小对于简单对称倾斜晶界根据弹性理论计算假如某一刃型位错产生的能量为取垂直排列的三个刃型位错将每个位错化成一个区域各个区域宽度位错中心的原子错排能它存在于半径为rkd之间的区域内以外的区域的能量受周围位错的影响
第二章 晶体的界面结构
2.1 晶界与相界的概念
孪晶界与相界
1）孪晶界 两晶粒沿公共晶面形成镜面 对称关系
2）相界
相邻两相之间的界面
3）分类
孪晶界(相界)点阵完全重
固态相变第二章界面1 共72页
2） 扭矩项 torque term
表达式、物理意义
3）
g = 0 q
时，如果三晶面相交，晶界平衡的条件
4）晶界能的金相法测定
5）孪晶界的界面能 非共格孪晶的平衡条件
1、 表面自由能和哪些因素有关？在等压条件下表面能由哪两项组成？ 分 别叙述其物理意义。
2、 什么情况下g=F （表面张力）？ 3、推导表面为密排面时表面能表达式，并说明为什么表面是密排面时表面能
讨论：大角度晶界和小角度晶界、排列紧密的特殊晶界迁移率有何区别？
讨论：单相固溶体中的杂质原子对晶界的迁移回产生什么样的影响？ 为什么一些特殊大角度晶界的迁移对杂质原子不敏感？
讨论：什么是再结晶织构？它与形变织构有何不同？
CB=C0exp-D (kQTb)
300℃锡对铅晶界迁移速度的影响
溶解度低的溶质原子 在晶界偏析的程度大。
单位面积晶界上的阻力：
P=3fg
2r
f为颗粒的体积分数
阻力和驱动力F的方向相反。
F = 2g D
当P=F时，
1、 表面自由能和哪些因素有关？在等压条件下表面能由哪两项组成？ 分 别叙述其物理意义。 a） g=E+PV－TS， 和E、P、T、S有关 b） 等压过程 g=E－TS
可见内能越高，表面能越高；温度越高，表面能越低；熵越高，表面 能越低。
2、什么情况下g=F （表面张力）？
液态下
F l ds = Ad g g dA
随着温度增加，由于 溶质原子在晶内和在晶界 的能量差别减小，晶界偏 析也减弱。
合金系的溶质固溶度和溶质在 晶界富化程度间的关系
（四）晶粒长大动力学 1、正常生长
正常长大：晶体中没有第二相颗粒
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二章 固体界面性质
2.1 固体表面张力与表面能
1.固体表面特点
由于固体分子或原子不能自由移动，故它表现出以下 几个特点： （1）固体表面分子（原子）移动困难 任何表面都有自发降低表面能的倾向，由于固体表面难 于收缩，所以只能靠降低界面张力的办法来降低表面能，这
也是固体表面能产生吸附作用的根本原因。
气、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等。
常用吸附剂介绍
• 吸附剂的物理结构参数 • 密度、比表面积、孔体积、平均孔半径、 孔径分布、粒度 • 常见吸附剂 • （1）硅胶 • 硅胶是无定型氧化硅水合物，为极性吸附 剂，主要用做干燥剂，催化剂载体，可自 非极性溶剂中吸附极物质，主要由各种有机 物质（木、煤、果核、果壳等）经炭化并活化制 成。 • 活性碳具有高度发达的孔隙结构，良好的化学稳 定性和机械强度。 • 应用于化学工业、环境保护、食品工业。 • 例：有毒气体的吸附、各类水溶液的脱色、除臭、 水质净化、食品及药物精制等的各种废水处理。
比表面吉布斯函数＝内聚功
2.1 固体表面张力与表面能
（2）固体表面张力 新表面应力和一半。
d ( AGs ) dA
GS A(GS / A)
两部分：表面能、变形。
固体表面张力测定方法？
2.2 固体对气体的吸附
正由于固体表面原子受力不对称和表面结构不 均匀性，它可以吸附气体或液体分子，使表面自由 能下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同。
（5）硅藻土
• 硅藻土主要由无定型的二氧化硅组成，并含有少 量Fe 2O3、CaO、MgO、Al 2O3及有机杂质 • 天然硅藻土有特殊的多孔性结构，这种微孔是其 具有特征理化性质的原因 • 用于保温材料、过滤材料、填料、吸附剂
（6）分子筛
• 分子筛是以SiO2和Al 2O3为主要成分的结晶硅酸 盐，具有均一微孔结构而能将不同大小的分子分 离或选择性反应的固体吸附剂或催化剂。 • 分为天然（沸石）和合成两类 • 用作吸附剂（干燥、纯化、有效分离某些气体或 液体混合物），也可用作催化剂。
（7）活性氧化铝
• 活性氧化铝是具有吸附和催化性能的多孔大表面 氧化铝，其化学组成为Al 2O3.xH 2O,也称水合氧 化铝. • 多孔结构来源于氢氧化铝脱水形成的微孔和颗粒 间隙. • 广泛用于炼油、橡胶、化肥、石油化工中的吸附 剂、干燥剂、催化剂和载体。
固-气吸附的应用
• 利用物理吸附测定固体比表面 • 利用物理吸附，计算吸附剂平均孔径与孔径分布 • 有用气体组分的提取和无用气体组分的去除 例：干燥空气的制备、废气和毒气的净化、混合 气中某有用有机成分的回收、脱气获得高真空等。 • 固-气吸附在环境保护中有着特殊的地位。
1.固体吸附的本质 吸附：固体表面气体的富集，表面浓度高于 本体浓度。 吸收：气体吸入固体内。 吸着：吸附+吸收 反应：气体与固体化学反应。
2.2 固体对气体的吸附
当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体称为
吸附剂，被吸附的气体称为吸附质。 常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等。
为了测定固体的比表面，常用的吸附质有：氮
2.1 固体表面张力与表面能
（2）固体表面是不均匀的
从原子水平上看，固体表面是凹凸不平的。
（3）固体表面层的组成不同于体相内部
固体表面除在原子排布及电子能级上与体相有明显不同 外，其表面化学组成往往与体相存在很大差别。
同种晶体由于制备、加工不同，会具有不同的表面性质， 而且实际晶体的晶面是不完整的，会有晶格缺陷、空位和位 错等。
2.1 固体表面张力与表面能
大多数固体比液体具有更高的表面能。
Solid Na Ag NaCl MgO 石蜡 聚乙烯 云母 γ/(mJ m-2) 200 800 190 1200 25.4 33.1 2400
2.1 固体表面张力与表面能
2.固体表面张力和表面能 （1）固体表面能
GS (G / A)T ,P Wc
（3）吸附树脂（树脂吸附剂）
• 吸附树脂是一种不含离子交换基团的高交联度体型高分子 珠粒，其内部具有许多分子水平的孔道，提供扩散通道和 吸附场所，具有吸附作用。 • 特点：（1）容易再生，可反复使用；（2）吸附树脂的化 学结构和物理结构较容易人为控制，可根据不同需要合成 结构和性能不同的树脂，因此应用范围广。 • 应用领域：废水处理；药物提纯、化学试剂的提纯、医学 分析、急性药物中毒处理，特殊载体等，特殊高性能的吸 附树脂在废水有效处理的同时，实现了废物的资源化。 • 例：（1）含酚废水的处理（2）染料中间体生产中的废水 处理
（4）黏土
• 黏土经风化作用形成，组成黏土矿的元素是硅、 氧和铝，黏土中还含有石灰石、石膏、氧化铁和 其它盐类。 • 黏土晶体结构，主要有四种晶格类型，既高龄土、 蒙脱土、凹凸棒棒土、伊利石。 • 黏土作为固体吸附剂，其吸附机理与不同黏土的 晶体结构有关。 非吸附土：高岭土；吸附土：蒙脱土 • 应用广泛
物理吸附
具有如下特点的吸附称为物理吸附： (1)吸附力是由固体和气体分子之间的范德华引力 产生的，一般比较弱。 （2）吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在几 个 kJ/mol以下。
（3）吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体， 当然吸附量会有所不同。
物理吸附
（4）吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快。 （5）吸附可以是单分子层的，但也可以是多分子层的。 （6）吸附不需要活化能，吸附速率并不因温度的升 高而变快。
总之：物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电子转 移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重排等。
物理吸附
H2在金属镍表面发生物理吸附
在相互作用的位能曲线上，随着H2分子向Ni表面靠 近，相互作用位能下降。到达a点，位能最低，这是物 理吸附的稳定状态。
这时氢没有解离，两原 子核间距等于Ni和H的原子 半径加上两者的范德华半径。 放出的能量ea等于物理 吸附热Qp，这数值相当于氢 气的液化热。
物理吸附
如果氢分
子通过a点要
进一步靠近Ni
表面，由于核 间的排斥作用， 使位能沿ac线 升高。
2.1 固体表面张力与表面能
1.固体表面特点
由于固体分子或原子不能自由移动，故它表现出以下 几个特点： （1）固体表面分子（原子）移动困难 任何表面都有自发降低表面能的倾向，由于固体表面难 于收缩，所以只能靠降低界面张力的办法来降低表面能，这
也是固体表面能产生吸附作用的根本原因。
气、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等。
常用吸附剂介绍
• 吸附剂的物理结构参数 • 密度、比表面积、孔体积、平均孔半径、 孔径分布、粒度 • 常见吸附剂 • （1）硅胶 • 硅胶是无定型氧化硅水合物，为极性吸附 剂，主要用做干燥剂，催化剂载体，可自 非极性溶剂中吸附极物质，主要由各种有机 物质（木、煤、果核、果壳等）经炭化并活化制 成。 • 活性碳具有高度发达的孔隙结构，良好的化学稳 定性和机械强度。 • 应用于化学工业、环境保护、食品工业。 • 例：有毒气体的吸附、各类水溶液的脱色、除臭、 水质净化、食品及药物精制等的各种废水处理。
比表面吉布斯函数＝内聚功
2.1 固体表面张力与表面能
（2）固体表面张力 新表面应力和一半。
d ( AGs ) dA
GS A(GS / A)
两部分：表面能、变形。
固体表面张力测定方法？
2.2 固体对气体的吸附
正由于固体表面原子受力不对称和表面结构不 均匀性，它可以吸附气体或液体分子，使表面自由 能下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同。
（5）硅藻土
• 硅藻土主要由无定型的二氧化硅组成，并含有少 量Fe 2O3、CaO、MgO、Al 2O3及有机杂质 • 天然硅藻土有特殊的多孔性结构，这种微孔是其 具有特征理化性质的原因 • 用于保温材料、过滤材料、填料、吸附剂
（6）分子筛
• 分子筛是以SiO2和Al 2O3为主要成分的结晶硅酸 盐，具有均一微孔结构而能将不同大小的分子分 离或选择性反应的固体吸附剂或催化剂。 • 分为天然（沸石）和合成两类 • 用作吸附剂（干燥、纯化、有效分离某些气体或 液体混合物），也可用作催化剂。
（7）活性氧化铝
• 活性氧化铝是具有吸附和催化性能的多孔大表面 氧化铝，其化学组成为Al 2O3.xH 2O,也称水合氧 化铝. • 多孔结构来源于氢氧化铝脱水形成的微孔和颗粒 间隙. • 广泛用于炼油、橡胶、化肥、石油化工中的吸附 剂、干燥剂、催化剂和载体。
固-气吸附的应用
• 利用物理吸附测定固体比表面 • 利用物理吸附，计算吸附剂平均孔径与孔径分布 • 有用气体组分的提取和无用气体组分的去除 例：干燥空气的制备、废气和毒气的净化、混合 气中某有用有机成分的回收、脱气获得高真空等。 • 固-气吸附在环境保护中有着特殊的地位。
1.固体吸附的本质 吸附：固体表面气体的富集，表面浓度高于 本体浓度。 吸收：气体吸入固体内。 吸着：吸附+吸收 反应：气体与固体化学反应。
2.2 固体对气体的吸附
当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体称为
吸附剂，被吸附的气体称为吸附质。 常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等。
为了测定固体的比表面，常用的吸附质有：氮
2.1 固体表面张力与表面能
（2）固体表面是不均匀的
从原子水平上看，固体表面是凹凸不平的。
（3）固体表面层的组成不同于体相内部
固体表面除在原子排布及电子能级上与体相有明显不同 外，其表面化学组成往往与体相存在很大差别。
同种晶体由于制备、加工不同，会具有不同的表面性质， 而且实际晶体的晶面是不完整的，会有晶格缺陷、空位和位 错等。
2.1 固体表面张力与表面能
大多数固体比液体具有更高的表面能。
Solid Na Ag NaCl MgO 石蜡 聚乙烯 云母 γ/(mJ m-2) 200 800 190 1200 25.4 33.1 2400
2.1 固体表面张力与表面能
2.固体表面张力和表面能 （1）固体表面能
GS (G / A)T ,P Wc
（3）吸附树脂（树脂吸附剂）
• 吸附树脂是一种不含离子交换基团的高交联度体型高分子 珠粒，其内部具有许多分子水平的孔道，提供扩散通道和 吸附场所，具有吸附作用。 • 特点：（1）容易再生，可反复使用；（2）吸附树脂的化 学结构和物理结构较容易人为控制，可根据不同需要合成 结构和性能不同的树脂，因此应用范围广。 • 应用领域：废水处理；药物提纯、化学试剂的提纯、医学 分析、急性药物中毒处理，特殊载体等，特殊高性能的吸 附树脂在废水有效处理的同时，实现了废物的资源化。 • 例：（1）含酚废水的处理（2）染料中间体生产中的废水 处理
（4）黏土
• 黏土经风化作用形成，组成黏土矿的元素是硅、 氧和铝，黏土中还含有石灰石、石膏、氧化铁和 其它盐类。 • 黏土晶体结构，主要有四种晶格类型，既高龄土、 蒙脱土、凹凸棒棒土、伊利石。 • 黏土作为固体吸附剂，其吸附机理与不同黏土的 晶体结构有关。 非吸附土：高岭土；吸附土：蒙脱土 • 应用广泛
物理吸附
具有如下特点的吸附称为物理吸附： (1)吸附力是由固体和气体分子之间的范德华引力 产生的，一般比较弱。 （2）吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在几 个 kJ/mol以下。
（3）吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体， 当然吸附量会有所不同。
物理吸附
（4）吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快。 （5）吸附可以是单分子层的，但也可以是多分子层的。 （6）吸附不需要活化能，吸附速率并不因温度的升 高而变快。
总之：物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电子转 移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重排等。
物理吸附
H2在金属镍表面发生物理吸附
在相互作用的位能曲线上，随着H2分子向Ni表面靠 近，相互作用位能下降。到达a点，位能最低，这是物 理吸附的稳定状态。
这时氢没有解离，两原 子核间距等于Ni和H的原子 半径加上两者的范德华半径。 放出的能量ea等于物理 吸附热Qp，这数值相当于氢 气的液化热。
物理吸附
如果氢分
子通过a点要
进一步靠近Ni
表面，由于核 间的排斥作用， 使位能沿ac线 升高。