表面工程学基础理论
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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
几种清洁表面的结构和特点
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。
表面工程学基础理论
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
表面工程学基础理论
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：
(2) 长程力
表面工程学基础理论
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
表面工程学基础理论
一、 界面和表面
表面和界面(surface and interface)
2.气-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)
3.液-液界面
表面工程学基础理论
一、 界面和表面
表面和界面(surface and interface)
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
表面工程学基础理论
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பைடு நூலகம்面结构
表面工程学基础理论
一、 界面和表面
相的概念
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。
表面工程学基础理论
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、
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
表面工程学基础理论
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
表面工程学基础理论
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
表面工程学基础理论
理想表面结构示意图
表面工程学基础理论
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)
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
表面工程学基础理论
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。
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
表面工程学基础理论
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
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。
表面工程学基础理论
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。
这里主要以晶态物质来介绍表 面结构。
表面工程学基础理论
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。
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。
表面工程学基础理论
Bulk phase
phase
Interface phase
phase
表面工程学基础理论
Bulk phase
一、 界面和表面
表面和界面(surface and interface)
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
表面工程学基础理论
几种清洁表面的结构和特点
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。
表面工程学基础理论
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
表面工程学基础理论
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：
(2) 长程力
表面工程学基础理论
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
表面工程学基础理论
一、 界面和表面
表面和界面(surface and interface)
2.气-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)
3.液-液界面
表面工程学基础理论
一、 界面和表面
表面和界面(surface and interface)
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
表面工程学基础理论
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பைடு நூலகம்面结构
表面工程学基础理论
一、 界面和表面
相的概念
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。
表面工程学基础理论
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、
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
表面工程学基础理论
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
表面工程学基础理论
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
表面工程学基础理论
理想表面结构示意图
表面工程学基础理论
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)
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
表面工程学基础理论
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。
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
表面工程学基础理论
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
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。
表面工程学基础理论
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。
这里主要以晶态物质来介绍表 面结构。
表面工程学基础理论
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。
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。
表面工程学基础理论
Bulk phase
phase
Interface phase
phase
表面工程学基础理论
Bulk phase
一、 界面和表面
表面和界面(surface and interface)
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