表面界面物理第4章§4.4

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第4章薄膜的形核与生长

4.5 生长过程
薄膜的形成过程分四个阶段：
（1）
（2）
（4）
（3）
① 小岛阶段—成核和核长大
透射电镜观察：大小一致2-3nm的核突然出现。平行基片平面两维大于垂直方向的第三维
② 结合阶段
两个圆形核结合时间小于0.1s,并且结合后增大了高度，减少了在基片所占的总面积。结合时类液体特性导致新出现的基片面积上会发生二次成核，结合后的复合岛若有足够时间，可形成晶体形状，多为六角形。
(其中f ( ) 2 3cos cos3 ) 4
体积自由能变化：GV
4 3
r
3
Gv

f
( )
原子聚集理论的基本内容
原子聚集理论将核（原子团）看作一个大分子，用其内部原子之间
的结合能或与基片表面原子之间的结合能代替热力学理论中的自由能。
结合能不是连续变化而是以原子对结合能为最小单位的不连续变化。
原子聚集理论中，临界核和最小稳定核的形状与结合能的关系如图所示。
1)较低基体温度T1，临界核是吸附在基体表面上的单个原子。每一个吸附原子一旦与其他吸附原子相结合都可形成稳定的原子对形状稳定核。 2)温度大于T1之后，临界核是原子对。因为此时每个原子若只受单键的约束是不稳定的，必须具有双键才能形成稳定核。此时，最小稳定核是三原子的原子团。另一种可能是四原子 3)当温度高于T2后，临界核是三原子或四原子团。因为这的方形结构，概率小。时双键已不能使原子稳定在核中。要形成稳定核，每个原子至少有三个键，稳定核是四原子团或五原子团。 4)当温度再进一步升高达到T3以后，临界核显然是四原子团和五原子团，有的可能是七原子团。
临界核：比最小稳定核再小点，或者说再小一个原子，原子团就变成不稳定的。这种原子团为临界核。

固体物理学基础晶体的表面与界面物理

固体物理学基础晶体的表面与界面物理晶体是物质排列有序的固态结构，其内部的原子排列具有周期性重复的特征。

然而，固体晶体与外界环境之间的接触面即表面以及晶体与其他晶体之间的界面却展现出了特殊的物理性质，这是固体物理学中一个重要而广泛研究的课题。

1. 表面物理学表面是固体晶体与外界环境相接触的区域，它通常由表层原子构成。

与晶体内部相比，表面的原子排列更加松散，结构更不规则。

这导致了表面物理性质与晶体内部的差异。

1.1 表面能和表面形貌表面能是表征表面性质的重要参数。

它反映了表面原子对外界作用力的敏感程度以及表面原子间的相互作用强度。

表面能的大小直接影响着固体的表面现象，如润湿性、吸附性等。

另外，表面形貌也是表面物理学中的一个重要研究内容。

表面的形貌与固体晶体的生长、晶体结构有着密切的关系，对材料的性能和应用也具有重要影响。

1.2 表面电子结构和局域态相比于晶体内部的电子能级结构，表面区域的电子结构发生了较大的变化。

表面态和界面态的存在使得表面与界面成为固体中电子输运的重要通道。

此外，表面和界面常常会导致电子的局域化现象，形成局域态。

研究表面电子结构和局域态对于理解固体物理学中的许多现象至关重要。

2. 界面物理学界面是两个不同材料的接触面，其中至少有一个为固体晶体。

界面的形成和性质对于多个领域都有着重要的影响，如材料科学、纳米科技等。

2.1 界面的结构和性质界面的结构与性质主要受到相邻材料的晶体结构、材料相互作用等因素的影响。

不同材料之间存在界面能的差异，使得界面呈现出独特的物理化学性质。

界面的结构和性质研究为杂质控制、界面反应等提供了重要的理论依据。

2.2 界面电子结构和界面态界面的形成会导致局部晶格的扭曲和变形，进而影响到界面区域的电子结构。

活化能的变化会造成界面电荷重排和界面电子态的形成。

界面电子态的研究对于解析电子在材料界面上的行为以及界面的电子传输机制具有重要意义。

总结：固体物理学基础晶体的表面与界面物理是对固体晶体内部性质之外的重要研究课题。

材料表面与界面第四章复合材料的界面及界面优化

4.2 界面的效应（1）
界面是复合材料的特征，可将界面的机能归纳为以下几种效应：
(1)传递效应：界面能传递力，即将外力传递给增强物，起到基体和增强物之间的桥梁作用。
(2)阻断效应：结合适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。
阻止裂纹的扩展
4.2 界面的效应（2）
(3)不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。

在纤维增强复合材料中，纤维是材料主要承载组分，其增强效果主要取决于纤维的
特征、纤维与基体间的结合强度、纤维的
体积分数、尺寸和分布。
碳纤维

弹性模量及强度外力方向与纤维轴向相同时，c= f = m (f-纤维、 m-基体、 c-复合材料)，则
c f V f mVm , Ec E f V f EmVm
许多因素影响着界面结合强度，如表面几何形状、分布状况、纹理结构、表面杂质、吸附气体程度、吸水情况、表面形态、在界面的溶解、扩散和化学反应、
表面层的力学特性、润湿速度等。
4.3 复合材料组分的相容性
物理相容性：
1.
是指基体应具有足够的韧性和强度，能够将外部载荷均匀地传递到增强剂上，而不会有明显的不连续现象。由于裂纹或位错移动，在基体上产生的局部应力不应在增强剂上形成高的局部应力。基体与增强相热膨胀系数的差异对复合材料的界面结合产生重要的影响，从而影响材料的各类性能。
ZnO晶须
自增韧Si3N4陶瓷
二、叠层复合材料

叠层复合材料是指在基体中含有多重层片状高强高模量增强物的复合材料。
三明治复合层状陶瓷复合材料断口形貌

4八年级物理第四章光现象知识点详解总结

4⼋年级物理第四章光现象知识点详解总结第四章光现象 §4.1 光的直线传播⼀、光源——⾃⾝．．能够发光的物体。

⾃然光源：太阳、⽔母、斧头鱼、萤⽕⾍等等；⼈造光源：⽩炽灯、霓虹灯等。

▲⽉亮、钻⽯、镜⼦等不是光源(因为它们不是⾃⾝发光，只是反射光线). ⼆、光的直线传播1.光沿直线传播的条件2.光线——理想物理模型（不是真实存在）。

3.解释现象： (1)影的形成▲注：树⽊，建筑物、⼈等在⽔中的倒影并不是“影”，⽽是平⾯镜成像。

光的直线传播的应⽤：（1）⼩孔成像：像的形状与⼩孔的形状⽆关，像是倒⽴的实像（树阴下的光斑是太阳的像）。

实像：由实际光线会聚⽽成的像。

①⼩孔成像的条件：孔的⼤⼩必须远远⼩于孔到发光的距离及孔到光屏的距离。

②像的⼤⼩与发光体到孔的距离和像到孔的距离有关，发光体到⼩孔的距离不变，光屏远离⼩孔，实像增⼤；光凭靠近⼩孔，实像减⼩；光屏到⼩孔的距离不变，发光体远离⼩孔，实像减⼩；发光体靠近⼩孔，实像增⼤。

（2）取得直线：激光准直（挖隧道定向）；整队集合；射击瞄准；（3）限制视线：坐井观天、⼀叶障⽬；（4）影的形成：影⼦；⽇⾷、⽉⾷常见的现象：①激光准直。

②影⼦的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，在物体的后⾯形成⿊⾊区域即影⼦。

③⽇⾷⽉⾷的形成：当地球在中间时可形成⽉⾷。

如图：在⽉球后1的位置可看到⽇全⾷，在2的位置看到⽇偏⾷，在3的位置看到⽇环⾷。

④⼩孔成像：⼩孔成像实验早在《墨经》中就有记载⼩孔成像成倒⽴的实像，其像的形状与孔的形状⽆关。

3、光线：常⽤⼀条带有箭头的直线表⽰光的径迹和⽅向；（是理想化物理模型，⾮真实存在）4、所有的光路都是可逆的，包括直线传播、反射、折射等。

5、真空中光速是宇宙中最快的速度；c=3×108m/s=3×105 m/s;6、光年：是光在⼀年中传播的距离，光年是长度单位；声⾳在固体中传播得最快，液体中次之，⽓体中最慢，真空中不传播；光在真空中传播的最快，空⽓中次之，透明液体、固体中最慢（⼆者刚好相反）。

第四章材料的表面与界面

6、表面力场固体表面上的吸引作用，是固体的表面力场和被吸引质点的力场相互作用所产生的，这种相互作用力称为固体表面力。依性质不同，表面力可分为： 1）化学力 2）分子引力
二、固体表面的特征 1. 固体表面的不均匀性，表现在： (1) 绝大多数晶体是各向异性，因而同一晶体可以有许多性能不同的表面。
• 由于分散度的变化，可使细粉石英表面能增加了106倍，
这些能量可以使650kg的水升
高1°C。 • 粉碎石英的机械能转化为表面能贮存在石英粉内。
概述
• 高分散度物系比低分散度物系能量高得多，必然使物系由于分散度的变化而使两者在物理性质（如熔点、沸点、蒸气压、溶解度、吸附、润湿和烧结等）和化学性质（化学活性、催化、固相反应）方面有很大的差别。 • 界面是晶体中的面缺陷，具有高的能量，在化学介质中不稳定，产生晶界腐蚀，影响材料的化学性能。 • 界面也影响材料的物理性能，如材料组织中晶粒增大，界面减少，提高导磁率，降低矫顽力，
理想表面结构示意图
2、清洁表面
清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应的表面。这
种清洁表面的化学组成与体内相同，但周
期结构可以不同于体内。根据表面原子的
排列，清洁表面又可分为台阶表面、弛豫
表面、重构表面等。
（1）台阶表面
台阶表面不是一个平面，它是由有规则的或不规则的台阶的表面所组成
说明：
NaCl 晶体
1. 离子晶体MX在表面力作用下，处于表面层的负离子X在外侧不饱和，负离子极化率大，
通过电子云拉向内侧正
离子一方的极化变形来降低表面能。这一过程
图3－1 离子晶体表面的电子云变形和离子重排
称为松弛，它是瞬间完

大学物理第4章-热力学第一定律

mol 理想气体的内能：
i E νRT 2
理想气体的内能是温度 T 的单值函数
i ΔE νR ΔT 2
QUIZ Jack’s death due to the loss of a) love b) temperature c) heat d) internal energy
热量是过程量，内能是状态量。
二、热量
dQ 0 表示系统从外界吸热； dQ 0 表示系统向外界放热。
在SI制中：焦耳(J)
准静态过程中传递的热量是过程量。
三、热量的单位
结论：
热量和功是系统状态变化中伴随发生的两种不同的能量传递形式。它们的物理本质不同宏观运动分子热运动功热量分子热运动分子热运动
作功和传热的大小不但与系统的初、末态有关，而且与过程有关，它们都是过程量，不是状态量，因而微量功和微量传热分别写成 dA和dQ,它们不是全微分。
dQ Cp ( )p dT
摩尔定压热容 Cp,m
i i Q E A RT RT 1 RT 2 2
Cp，m 1 dQ i 1 R dT p 2
：摩尔数
i：自由度数
三、迈耶公式及比热容比摩尔定体热容 CV,m 摩尔定压热容 Cp,m 迈耶公式比热容比
CV,m 3 R 2
5 R 2
Cp,m 5 R 2 7 R 2

1.67 1.40
刚性多原子分子
3R
4R
1.33
思考：为什么理想气体任意两状态间内能的变化可表示成摩尔定体热容 CV,m 与温度变化乘积的关系，而不是摩尔定压热容 Cp,m 与温度变化乘积的关系？

材料物理化学第四章表面与界面

电动电位或ξ电位影响因素 ①．ζ -电位和双电层厚度有关，双电层越厚， ζ -电位越大。
②．阳离子浓度：阳离子浓度越大，扩散层压缩，ζ -电位降低；
③阳离价态：电价越高，ζ -电位越小；同价离子半径越大，ζ -电位越低； ④矿物组成，形状粒度。ζ -电位的大小顺序为： H+<Al3+<Ba2+<Sr2+<Ca2+<Mg2+<NH4+<K+<Na+<Li+
属于这一类流动的主要有高聚合物的溶液、乳浊液、淀粉、甲基纤维素等
（5）膨胀流动
这一类型的流动曲线是假塑性的相反过程。流动曲线通过原点并凹向剪应力轴如图(b) 所示。这些高浓度的细粒悬浮液在搅动时好像变得比较粘稠，而停止搅动后又恢复原来的流动状态，它的特点是强度随切变速率增加而增加。属于这一类流动的一般是非塑性原料，如氧化铝、石英粉的浆料等。
第四章表面与界面
目的要求：
• 1. 理解表面功、比表面吉布斯函数、表面张力的概念。 • 2. 理解润湿现象及弯曲液面的附加压力，并掌握其计算。 • 3. 掌握分散度与蒸汽压的关系，能解释各种介稳现象（过冷液体、过热液体、过饱和蒸汽、过饱和溶液、微小晶体的溶解度）。
• 4. 弄清毛细现象的成因。明确吸附的概念及分类。了解主要吸附剂。 • 5.了解固体对气体的吸附量的表示。理解兰格缪尔吸附理论的要点，并掌握其吸附方程式的运用。 • 6. 了解表面活性物质的概念和分类。 • 7. 了解表面活性剂的应用（去污作用、减水作用、助磨作用、起泡作用）

同号离子相互交换，离子以等当量交换，交换和吸附是个可逆过程，离子交换并不影响粘土本身结构等特点。

第24讲分离变量法第4章介质中的电动力学4§4拉普拉斯方程分离变量法

第24讲分离变量法第4章介质中的电动力学（4） §4.4 拉普拉斯方程分离变量法以上两节给出静电问题的一般公式，并说明静电学的基本问题式求解满足给定边界条件的泊松方程的解。

只有在界面形状是比较简单的几何曲面时，这类问题的解才能以解析形式给出，而且视具体情况不同而有不同的解法。

在许多实际问题中，静电场是由带电导体决定的。

例如电容器内部的电场是由作为电极的两个导体板上所带电荷决定的；又如电子光学系统的静电透镜内部，电场是由于分布于电极上的自由电荷决定的。

这些问题的特点是自由电荷只出现在一些导体的表面上，在空间中没有其它自由电荷分布。

因此，如果我们选择这些导体表面作为区域V 的边界，则在V 内部自由电荷密度 ρ = 0 ，因而泊松方程化为比较简单的拉普拉斯（Laplace ）方程20ϕ∇= （4.4---1）产生这电场的电荷都分布于区域V 的边界上，它们的作用通过边界条件反映出来。

因此，这类问题的解法是求拉普拉斯方程的满足边界条件的解。

（4.4---1）式的通解可以用分离变量法求出。

先根据界面形状选择适当的坐标系，然后在该坐标系中由分离变量法解拉普拉斯方程。

最常用的坐标系有球坐标系和柱坐标系。

这里我们写出用球坐标系得出的通解形式（见附录Ⅱ）。

球坐标用（R ，θ，φ）表示，R 为半径，θ为极角，φ为方位角。

拉氏方程在球坐标系中的通解为1.(,,)()(cos )cos n mnm nm n n n mb R a R P m R ϕθφθφ+=+∑ 1,()(cos )sin n mnm nm n n n md c R P m Rθφ+++∑ （4.4---2）式中 a n m ,b n m ,c n m 和 d n m 为任意常数，在具体问题中有边界条件定出。

P m n （cos θ）为缔和勒让德（Legendre ）函数。

若该问题中具有对称轴，取此轴为极轴，则电势φ不依赖于方位角φ，这情形下通解为 1()(cos ),n nn n n nb a R P Rϕθ+=+∑ （4.4---3） P n （cos θ）为勒让德函数，a n 和b n 由边界条件确定。

第4章4.4 因特网提供的服务

Web 服务器
完成应用相关的各种处理
向第3层请求数据访问生成用户所需的页面第三层：数据库系统：完成数据的存取和处理
应用程序
脚本程序
ODBC/JDBC
应用服务器
数据库系统
数据库服务器
16
4.5 因特网提供的服务

不足：不适合于网页中包含动态数据（如外汇行情、股票价格、天气情况等）的应用场合网页内容是在网页请求时服务器根据当时实际的数据内容而临时生成的优点：适合于网页中包含动态数据的应用场合结构特点：动态数据一般都存放在web 服务器后台的数据库中，因此服务器端还必须访问数据库，并为客户机生成它所需要的网页简单的两层B/S架构无法满足动态网页访问的要求
一起构成一个网站，网站由Web服务器管理
网页可包含文本、图片、声音、动画等，多数网页是一种采用HTML语
言描述的文档(HTML文档)，其文件扩展名为html或htm。
网页是一种超文本文档，它支持超链(Hyperlink)。网页通过超链相互
链接，形成网状的信息空间
网站中的起始网页称为主页(homepage)，用
电子邮件的工作过程
• 电子邮件系统按C/S模式工作。发送邮件一般采用SMTP协议，若收信人邮件地址不存在，则退回信件并通知发信人；接收邮件采用POP3 协议，需验证用户身份之后才能读出邮件或下载邮件
发信人计算机
邮件撰写程序邮件发送程序
发信人邮件服务器
收信人邮件服务器
收信人计算机
？
邮件阅读程序邮件发送队列收信人邮箱邮箱访问程序

6
4.4 因特网提供的服务
文件传输FTP
7

材料表面与界面-第四章-复合材料的界面及界面优化

增强树脂基复合材料。
复合材料的增强机制及性能
1. 纤维增强复合材料的增强机制
在纤维增强复合材料中，纤维是材料主要承载组分，其增强效果主要取决于纤维的特征、纤维与基体间的结合强度、纤维的体积分数、尺寸和分布。
在纤维增强复合材料中，纤维是材料主要
碳
承载组分，其增强效果主要取决于纤维的纤
维
特征、纤维与基体间的结合强度、纤维的体积分数、尺寸和分布。
环氧树脂 / 碳纤维（高弹性）
1240
环氧树脂 / 芳纶纤维（49） 1380
环氧树脂 / 硼纤维（70 % Vf ） 1400-2100
纵向弹性模量 GPa
6.9
45
145 76
210-280
聚合物基纤维增强复合材料零件
碳纤维增强聚酰亚胺复合材料制航空发动机高温构件
芳纶刹车片
3. 纤维--金属(或合金)复合材料
1电子显微镜观测法基材表面形貌分析尤其是经表面处理的基材未处理碳纤维的表面形态低温等离子处理碳纤维表面形态增强体材料表面形貌分析氧等离子处理后经80与苯乙烯反应4小时接枝聚苯乙烯分子链的碳纤维照片复合材料的断面形貌分析碳铝复合材料不同界面结合时的强度与断口特征结合状态拉伸强度mpa断口形貌不良结合206纤维大量拔出长度很大呈刷子状结合适中612纤维有拔出现象并有一定长度铝基体有缩颈现象并可发现劈裂状结合稍强470出现不规则断面并可看到很短的拔出纤维结合太强224典型脆断形式平断口2红外光谱与拉曼光谱波长为25m区间的波谱称为红外光谱它是分子键的振动光谱
Al2O3片
(2) 粒子增强复合材料
(3)叠层复合材料。
Al2O3纤维
三、复合材料的命名
（1）以基体为主来命名例如金属基复合材料。（2）以增强材料来命名如碳纤维增强复合材料。（3）基体与增强相并用如“C/Al复合材料”即

硅酸盐物理化学第四章材料的表面与界面

第四章材料的表面与界面表面与界面的概念：固体的表面现象与液体相似，通常把一个相和它本身蒸气（或真空）接触的分界面称为表面。

一个相与另一相（结构不同）接触的分界面称为界面。

固体的表面力：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，质点排列的周期性重复中断，使处于表面边界上的质点力场对称性被破坏，表现出剩余的键力，这就是固体的表面力。

表面力的存在使固体表面处于较高的能量状态。

表面的结构：晶体由于质点不能自由流动，只能借助离子极化、变形、重排并引起晶格畸变来降低表面能，这样就造成表面层与内部结构的差异。

离子晶体(MX 型)在表面力作用下，处于表面层的负离子(X －)只受到上下和内侧正离子(M +)的作用，而外侧是不饱和的，该负离子通过极化变形来降低表面能，这一过程称为松驰，松驰在瞬间即可完成，其结果改变了表面层的键性。

接着是发生离子重排过程。

从晶格点阵排列的稳定性考虑，作用力较大、极化率小的正离子应处于稳定的晶格位置。

为降低表面能，各离子周围作用能应尽量趋于对称，从而形成表面双电层。

而产生这种变化的程度主要取决于离子极化性能，对于PbI2、PbF2、BaSO4、SrSO4、CaF2，PbI 2表面能最小，CaF 2最大。

这是因为Pb 2+和I －都具有最大的极化性能，双电层厚导致表面能和硬度都降低。

固体的表面能：表面能的含义是每增加单位表面积时，体系自由能的增量。

固体的表面能可以通过实验测定或理论计算法来确定。

1. 共价键晶体表面能共价键晶体不必考虑长程力的作用，表面能(u s )即是破坏单位面积上的全部键所需能量之一半。

b s u u 21 式中：u b 为破坏化学键所需能量。

2. 离子晶体的表面能每一个晶体的自由能都是由两部分组成：体积自由能和一个附加的过剩界面自由能。

为了计算固体的表面自由能，我们取真空中绝对零度下一个晶体的表面模型，并计算晶体中一个原子(或离子)移到晶体表面时自由能的变化。

《材料物理》第四章固体的表面与界面

分为阳离子交换容量和阴离子交换容量，如阳离子交换容量代表粘土在一定pH条件下的净负电荷数；
吸附量决定于中和表面电荷所需的吸附物的量。
影响因素：
（1）粘土种类：阳离子交换容量：蒙脱石>伊利石>高岭石阴离子交换容量：蒙脱石≈伊利石≈高岭石
（2）粒度大小：粒度↓，表比面积↑，破键↑，边棱带正负电荷总数↑，阴阳离子交换容量均升高
X一树脂十 Y一粘土 Y－树脂十X一粘土
式中：X为单一离子；Y为各种离子混合。
2）鉴定粘土矿物
由于各种粘土矿物的交换容量数值差距较大，因此可通过测定粘土的阳离子交换容量来鉴定粘土矿物组成。
2. 离子交换容量（cation exchange capacity，c·e·c）
离子交换能力的表征；
主要由吸附量来决定。通常以pH=7时，吸附离子毫克当量数/100g干粘土表示（单位：毫克当量数／百克干粘土）；
形成边－面结合的卡片结构（空间网架）结构，包裹
自由水，泥浆流动性变差，粘度增大。
➢
加入碱性电解质（如Na2CO3）时，则pH>8，边
棱上断键带负电，结果使粘土粒子定向排列，形成面
－面结合，释放自由水，泥浆流动性变好，粘度变小
（2）增加ζ电位
随电解质加入，ζ电位增大，胶粒间斥力加大，泥浆粘度减小，流动性变好。
1. 粘土与水的结合
结构水——以OH－形成存在于粘土晶格中，约在400～ 600℃ 脱去，可用红外光谱检测。
吸附水——层间结合水，约100～200℃除去，与粘土颗粒的中的O或OH以氢键结合的水。牢固结合水—紧挨粘土表面，通过氢键与粘土离子结合并作有规则定向排列，又称吸附水膜，其厚度约3～10个水分子层。松结合水—在牢固结合水周围，从有规则定向排列到无规则排列的过渡水层，又称扩散水膜，其厚度约60个水分子层（<20nm）。自由水—松结合水以外完全无规则排列的普通的流动水。

第四章固体的表面与界面

有一些杂质由体内偏析到表面上来，从而使固体表面组成与体内不同，称为表面偏析。
6、表面力场
固体表面上的吸引作用，是固体的表面力场和被吸引质点的力场相互作用所产生的，这种相互作用力称为固体表面力。
依性质不同，表面力可分为： 1）化学力 2）分子引力
（1）化学力：本质上是静电力。当固体吸附剂利用表面质点的不饱和价键将吸附物吸附
液体总是通过形成球形表面来降低系统的总能量；固体质点不能自由移动，是如何降低系统的表面能的？
清洁表面：通过表面质点的极化、变形、重排来降低系统的表面能，结果导致了晶体表面附近晶格畸变，使表面结构与晶体内部有所不同。
4.1.2 固体的表面结构
1、晶体表面结构（单晶） 2、粉体表面结构 3、玻璃表面结构 4、固体表面的几何结构
1、晶体表面结构
表面力的存在使固体表面处于较高能量状态。但系统总会通过各种途径来降低这部分过剩的能量，这就导致表面质点的极化、变形、重排并引起原来晶格的畸变。对于不同结构的物质，其表面力的大小和影响不同，因而表面结构状态也会不同。
表面化学反应对于许多工业生产起着重要作用，例如人工肥料的生产。表面化学甚至能解释臭气层破坏，半导体工业也是与表面化学相关联的领域。
格哈德•埃特尔的工作：氢在金属表面的吸附作用、氨合成的分子机理和固体表面的催化过程等
4.1 固体的表面及其结构 4.2 润湿与粘附 4.3 粘土-水系统性质*
第四章固体的表面与界面
生活中的表面现象表面现象产生的原因固体的界面可一般可分为表面、界面和相界面： 1）表面:表面是指固体与真空的界面。 2）界面:相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。 3）相界面:相邻相之间的交界面称为相界面。
相界面有三类: 固相与固相的相界面（S／S）；固相与气相之间的相界面（S／V）；固相与液相之间的相界面（S／L）。

无机材料科学基础修改(第四章)

一、弯曲表面效应由于表面张力作用，弯曲表面存在一个附加压力△P。
附加压力ΔΡ总是指向曲面的曲率中心，当曲面为凸面时为正值，凹面时为负值。与曲率半径成反比，而与表面张力成正比。
举例：将玻璃毛细管分别插入水和水银中
如：CH4 CO2
非极性分子因为分子空间构型对称，
1、范德华力：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。其来源于以下三种效应：（1）定向力（静电力）：极性分子（离子）之间的作用力，相邻两个极化电矩相互作用的力。
2 4 EK ，f K r 7 3 KTr 6
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将引起电子层间斥力,故范得华力只表现出引力作用。
• 2、长程力
•
• •
是两相间的分子引力，是宏观尺寸物质之间相互作用力，作用范围较通常的范氏力大得多，所以叫长程力。
长程力是通过某种方式加合和传播产生的，本质上仍属范氏力。 ① 依靠粒子间的电场传播，如色散力，可以简单加和；
0.8 Å 2.3 Å 5.4 Å
Surface unit cell
例：①MgCO3分解形成的MgO颗粒之间的排斥；
②在Al2O3、SiO2、ZrO2等表面上也会形成双电层。
表面能下降是通过极化变形、质点重排实现。离子的极化率愈大，变形愈大，表面能下降愈多。变化程度主要取决于离子极化性能。
PbI2表面能最小，PbF2次之， CaF2最大。原因：Pb2+和I-都具有最大的极化能力，双电层厚导致表面能和硬度都降低。
• Surface energy is always positive, since energy is needed to break bonds

表面界面物理(绪论)

习惯上将比较有规则的界面称为内表面。而将规则性较差的界面称为粒界（晶粒间界，GRAIN BOUNDARY）。
内表面
粒界
5.相界（Phase Boundary）
系统中有不同的相存在时（如成分、晶格结构、晶格常数不同）相与相之间的交界处称为相界。如：
固——固相界固——液相界固——气想界
研究表面与界面的意义
表面重构和表面弛豫的概念：
理想的晶体表面具有二维周期性，其单位网格由基矢决定。由于表面原子受力的情况与体内不同，或由于有外来原子的吸附，最表面层原子常会有垂直于或倾斜于表面的位移，表面下的数层原子也会有垂直或倾斜于表面的位移，这种现象称为表面重构。如果表面原子只有垂直于表面的运动，则称为表面驰豫。
出” ，R =0.26 Å；而
体积较小的的Na+（0.98 Å）则被“拉进” 0.21 Å。
•表面重构
许多半导体（包括化合物半导体）和金属的表面原子排列与体内相差较大，其平移对称性与体内有明显的不同，这种现象称为重构。
两种常见的类型：
•表面晶格与体内完全不相同，如Au的，[001]方向的表面是与[111]表面相近的密堆积。 •表面晶格尺寸较体内大——晶格常数增大。
材料的表面积与尺寸的关系： •材料的体积 r3； •表面积 r2
材料颗粒尺寸的减小表面的影响作用尤为重要。
21世纪新器件的开发，除了满足高速、轻、薄、短、小、多功能、数字化等要求外，目前主要是发展超晶格器件、三维立体器件、耐恶劣环境器件和固体多功能器件。
1.超晶格器件是人工自组装设计的典型例子。如如GaAs和 AlAs交替重叠而成的、共共50 个周期（层）的超晶格，其每层厚度为 40~45Å，有49 个界面存在。

9-第9讲--薄膜材料物理--第四章薄膜的表面和界面+

1．我国建设社会主义法治国家必须要建设中国特色社会主义法治体系。

下列属于中国特色社会主义法治体系的主要内容的是()①形成完备的法律规范体系②严酷的刑罚实施体系③严密的法治监督体系④形成完善的党内法规体系A．①②③B．①②④C．①③④D．②③④答案 C解析中国特色社会主义法治体系的主要内容包括：完备的法律规范体系、高效的法治实施体系、严密的法治监督体系、有力的法治保障体系、完善的党内法规体系，故①③④正确，②说法不正确。

故选C。

2．《中共中央关于全面推进依法治国若干重大问题的决定》指出：只有在党的领导下依法治国、厉行法治，人民当家作主才能充分实现，国家和社会生活法治化才能有序推进。

这说明()A．中国共产党是依法治国的主体和力量源泉B．中国共产党的领导是社会主义法治最根本的保证C．中国共产党具有与时俱进的执政能力D．中国共产党实现了最广大人民的根本利益答案 B解析A说法不对，人民是依法治国的主体和力量源泉，不是中国共产党。

只有在党的领导下依法治国、厉行法治，人民当家作主才能充分实现，国家和社会生活法治化才能有序推进，说明党的领导是社会主义法治最根本的保证，B符合题意。

C、D说法正确，但与题意不符。

3．当前，中国人民正在全面落实依法治国基本方略，加快建设社会主义法治国家。

下列关于依法治国的说法正确的是()①全面推进依法治国是一场广泛而深刻的革命②全面依法治国必须要坚持中国共产党的领导③全面依法治国的总目标就是打击贪污腐败分子④要坚持法治国家、法治政府、法治社会一体建设A．①②③B．①②④C．①③④D．②③④答案 B解析全面推进依法治国总目标是建设中国特色社会主义法治体系，建设社会主义法治国家，③说法错误，不选。

①②④说法正确。

故选B。

4．中共中央提出了全面推进依法治国的总目标、重大任务及180多项重要改革举措，涵盖依法治国各个方面，为法治中国建设描绘出新的路线图。

全面推进依法治国()①是实现国家治理体系和治理能力现代化的必然要求②前提是让部分维权意识薄弱的公民尊法、信法、守法、用法③总目标是纠正一些党政领导干部以言代法、以权压法、徇私枉法④要落实改革举措，直面法治建设的突出问题，回应人民群众期待A．①②B．①④C．②④D．③④答案 B解析依法治国的前提是有法可依，并非是让部分维权意识薄弱的公民尊法、信法、守法、用法，②错误；依法治国的总目标是建设中国特色社会主义法治体系，建设社会主义法治国家，③错误；①从依法治国的必要性角度分析，④说明依法治国的要求，二者说法正确。

表面界面物理§PPT课件

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35
• 表面电子处于独自的量子系统。它们遵守F-D分布
• 图3-10中的E0就是表面电子的Fermi能级 • 根据F-D分布，在绝对零度时，EF能级下装满电子，EF以
上则是空的
• 在EF下的表面态上有电子，它可以给出电子，所以是施主；而EF上的能级则是空的，所以是受主
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22
Bandstructure of Cu(111)
Surface BZ
M G
K
Schockley 态
Tamm态
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PbS(001)
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24
Si的表面态
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25
悬挂键 dangling bongding
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And some bonds are broken.
Total energy of the system: GI+II=GI+GII+Dgsurface
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g D surface>0 可编辑
5
表面效应
• Surface energy
• Atomic structure relaxation
波函数在za2处连续在表面处存在位于禁带的表面态1220191223可编辑tamm求解一维schrodinger方程证明了在晶体禁带中出现了局域在表面在表面两侧都呈指数衰减边界条件对求解结果很重要边界条件不同所得到的结果不一样tamm态是非对称中断1320191223可编辑shockley认为tamm模型过于简单设想并计算了具有成对终端的原子链1420191223可编辑tamm理论的表面势在表面区非对称性中断不考虑原子间距实际对应于间距较大的情况这时体内原子对表面原子作用小所以表面势与体内的势场无关shockley理论的表面势在表面区对称性中断是原子间距较小的情况可视为源于价键断裂产生的悬挂键又成为悬键表面态内层原子对表面原子仍有影响所以在表面的势场与内部的周期性势场有一定的联系二者皆论证了表面局域态的存在1520191223可编辑1620191223可编辑tamm态和shockley态是理想表面的不同表面势场的结果这是个一般性的结论从化学键和静电势来看对于共价键的硅晶体表面在表面处形成了悬挂键上面只有一个未配对的电子它可以成为失去电子的施主表面态或接受一个电子配对成为受主表面态1720191223可编辑表面态的电子由于体能带的限制在带隙中不能进表面处电子是定域的所以表面态对应的能级出现在禁对于有些电子态虽然其概率主要也在表面附近但是它可以深入体相中这就是表面共1820191223可编辑大都具有满売层结构