材料科学基础材料表面与界面专业课

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无机材料科学基础-5-表面与界面讲解

2. 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) (2) 长程力
(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、
表面粗糙度：(1)使表面力场变得不均匀，其活性及其它表面性质也随之发生变化。
(2)直接影响固体表面积，内、外表面积比值以及相关的属性。
(3)与两种材料间的封接和结合界面间的啮合和结合强度有关。
表面裂纹
表面裂纹因晶体缺陷或外力而产生。表面裂纹在材料中起着应力倍增器的作用，使位于裂纹尖端的实际应力远大于所施加的应力。格里菲斯关于微裂纹的公式：
理想晶体和玻璃体：假定任一个原子或离子都处在三维无限连续的空间中，周围对它作用完全相同。
实际晶体和玻璃体：处于物体表面的质点，其境遇和内部是不同的，表面的质点由于受力不均衡而处于较高的能阶，所以导致材料呈现一系列特殊的性质。
内容提要
固表面力场与表面能。离子晶体在表面力场作用下，离子的极化与重排过程。多相体系中的界面化学：如弯曲效应、润湿与粘附，表面改性。多晶材料中的晶界分类，多晶体的组织，晶界应力与电荷。
(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。
二、晶体表面结构 1. 离子晶体表面
超细结构(微观质点排列) 显微结构(表面几何状态)
表面力的作用：液体: 总是力图形成球形表面来降低系统的表面能。固体: 使固体表面处于较高的能量状态(因为固体不能流动), 只能借助于离子极化、变形、重排并引起晶格畸变来降低表面能，其结果使固体表面层与内部结构存在差异。

《无机非金属材料科学基础》第6章固体的表面与界面行为

平衡时，此膨胀功必然等于新增加的表面能8πrγdr, 即
由此我们可以得到一个重要的结论:肥皂池的半径越小，泡膜两侧的压差越大。
上式是针对球形表面而言的压差计算式，对于一般的曲面，即当表面并非球形时，压差的计算式有所不同。一般地讲，描述一个曲面需要两个曲率半径之值;对于球形，这两个曲率半径恰好相等。一般曲面两个曲率的半径分别为R1和R2。我们可以得到一般曲面的压差计算式:
1. 共价键晶体表面能
2. 离子晶体表面能
每一个晶体的自由焓都是由两部分组成，体积自由焓和一个附加的过剩界面自由焓。为了计算固体的表面自由焓，我们取真空中0K下一个晶体的表面模型，并计算晶体中一个原子(离子)移到晶体表面时自由焓的变化。在0K时，这个变化等于一个原子在这两种状态下的内能之差。
目录
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节
表面与界面物理化学基本知识固体的表面(固-气) 固-液界面浆体胶体化学原理固-固界面
6.1 表面与界面物理化学基本知识
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
界面间的吻合和结合强度。
表面微裂纹是由于晶体缺陷或外力作用而产生。微裂纹同样会强烈地影响表面性质，对于脆性材料的强度这种影响尤为重要。
脆性材料的理论强度约为实际强度的几百倍，正是因为存在于固体表面的微裂纹起着应力倍增器的作用，使位于裂缝尖端的实际应力远远大于所施加的应力。
葛里菲斯（Griffith）建立了著名的玻璃断裂理论，并导出了材料实际断裂强度与微裂纹长度的关系
R 2E C

材料科学基础：第七章表面与界面

大角晶界模型：
晶界力求与重合点阵密排面重合，即使有偏离，晶界会台阶化，使大部分面积分段与密排面重合，中间以小台阶相连。
如图，AB、CD与重合点阵密排面重合，中间 BC小台阶相连。
3．小角度晶界：
对称倾侧晶界、不对称倾侧晶界、扭转晶界
3．小角度晶界—
对称倾侧晶界
由相隔一定距离刃型位置垂直排列组成
如Cu-1Sn%合金，：Sn的偏析，Sn的原子半径比Cu大9%，发生严重点阵畸变。当Sn处于晶界时畸变能明显降低
7.晶界偏聚---平衡偏聚：
B. 平衡偏聚公式 Cg=Co exp（dEs/RT）
Cg：晶界上溶质原子浓度，Co晶内溶质原子浓度， dEs晶界、晶内能量差
C. 平衡偏聚特点
a. 由公式可见一定溶质浓度在一定温度下对应一定偏聚量
EC为位错中心能量,金属晶界能与晶粒位向差θ的关系
晶界能---实线测量值、虚线计算值小于15-
200 两者符合很好。EB在小角时与位向敏感，大角度时为常数
晶界能---三个晶界平衡时有 E1/sinφ1=E2/sinφ2=E3/sinφ3
6.晶界能应用---少量第二相形状
A. A、第二相基体晶粒内
持……
化学工业：胶水，涂料，油漆，洗涤剂….. 写字，作画：纸张与墨水…. 食物消化：消化液与食物…… 建筑：砌砖，混疑土….. 烹调：灰面炸鸡……
7.晶界偏聚---平衡偏聚及非平衡偏聚
A. 平衡偏聚
平衡条件下由于溶质与溶剂原子尺寸相差很大，溶质原子在晶内、晶界的畸变能差很界--- 每个晶粒中直径10-100μm的晶块（亚晶粒）
之的界面
亚晶界---溶质原子优先聚集和第二相优先析
出的地方可阻碍位错运动，影响材料力学性能

北航工程材料课程安排方案

北航工程材料课程安排方案一、课程目标工程材料是工程专业学生必修的一门重要课程，旨在使学生了解材料科学与工程领域的基本理论和基本知识，掌握材料科学与工程的基本方法和技能，培养学生的材料科学思维，为其以后的专业学习和工作打下良好的基础。

二、课程内容1. 材料科学基础知识(1) 材料科学与工程概论(2) 材料结构与性能(3) 材料表面与界面2. 材料性能测试与表征(1) 材料性能测试方法(2) 材料表征方法3. 金属材料(1) 金属的晶体结构(2) 金属的物理性能(3) 金属的热处理工艺4. 非金属材料(1) 陶瓷材料(2) 高分子材料(3) 复合材料5. 材料热工处理与工艺(1) 材料热处理概论(2) 材料加工工艺(3) 材料表面处理技术6. 环保材料与可持续发展(1) 绿色材料(2) 可再生材料(3) 可降解材料7. 新材料与新技术(1) 纳米材料(2) 生物材料(3) 先进材料应用技术三、教学方法1. 理论授课：采用讲授、示范、实例分析等形式，对材料的基本概念、原理和理论进行系统讲解，引导学生建立材料科学与工程的基本思维模式。

2. 实验教学：通过实验教学，使学生学会运用实验方法测试和表征材料性能，掌握材料性能测试与表征的基本技能。

3. 论文撰写：要求学生进行专题研究，撰写材料科学与工程领域的学术论文，并进行答辩。

四、教学评价1. 考试：采用闭卷笔试的形式，考察学生对材料科学与工程基础知识的掌握程度。

2. 实验报告：学生需要完成一定数量的实验，并提交实验报告进行评分。

3. 论文答辩：学生提交毕业论文并进行答辩，答辩过程中考察学生的材料科学与工程的理论水平和思维能力。

五、课程安排1. 第一学期(1) 材料科学与工程概论(2) 材料结构与性能(3) 材料表面与界面2. 第二学期(1) 材料性能测试方法(2) 金属的晶体结构(3) 陶瓷材料3. 第三学期(1) 高分子材料(2) 材料热处理概论(3) 绿色材料4. 第四学期(1) 先进材料应用技术(2) 纳米材料(3) 毕业论文六、实践环节为了加强学生对工程材料课程的理解和应用，可以通过以下实践环节来提高学生的综合素质：1. 实验实践：在每学期安排一定数量的实验课，使学生学会使用实验设备进行材料性能测试与表征，加深对材料的理解。

材料学有关书籍

材料学有关书籍材料学是一门研究材料的科学，它涉及到材料的性质、结构、制备和应用等方面。

在材料学领域，有许多经典的著作对于我们理解和应用材料学知识起到了重要的作用。

本文将介绍几本与材料学有关的经典书籍。

1. 《材料科学基础》这本书是材料学领域的经典教材，由材料学权威人物所著。

书中系统地介绍了材料学的基本概念、原理和方法，包括材料的组成、结构、性能及其之间的相互关系。

通过本书的学习，读者可以全面了解材料学的基本知识，并为进一步深入学习和研究材料学打下坚实的基础。

2. 《材料性能与应用》这本书主要介绍了各种材料的性能特点及其在不同领域的应用。

它以不同类型的材料为划分，详细介绍了金属材料、陶瓷材料、聚合物材料和复合材料等的性能、制备方法及其在工程、医学、能源等领域的应用。

本书内容丰富，适合广大读者了解材料的各种性能和应用特点。

3. 《材料科学与工程导论》这本书是一本面向大学生的材料学导论教材，它以通俗易懂的语言介绍了材料学的基本概念、发展历程和应用前景。

书中还涉及到材料的制备、加工和性能测试等方面的内容，适合初学者了解材料学的基本知识。

4. 《材料表面与界面科学》这本书主要介绍了材料表面和界面的特性、结构和性能。

它包括表面和界面的物理化学性质、表征方法以及表面和界面在材料加工、腐蚀、涂层等方面的应用。

通过学习这本书，读者可以深入了解材料表面和界面的重要性，为材料的设计和应用提供指导。

5. 《材料力学基础》这本书主要介绍了材料在受力下的力学行为和性能。

它包括材料的弹性、塑性、断裂、疲劳等力学性质的原理和应用。

通过学习这本书，读者可以了解材料在实际工程中的力学行为，为材料的设计和使用提供理论依据。

6. 《材料制备技术》这本书主要介绍了各种材料的制备方法和工艺。

它包括金属材料的铸造、锻造、淬火等工艺，陶瓷材料的成型、烧结等工艺，聚合物材料的合成、模塑等工艺，以及复合材料的制备等内容。

通过学习这本书，读者可以了解材料的制备过程和工艺要点，为材料的制备提供指导。

《材料科学基础2》课程简介和教学大纲

《材料科学基础2》课程简介课程编号：02024036课程名称：材料科学基础2 ［5E］ /Fundamentals of MaterialsScience 2学分：2. 5学时：40适用专业：无机非金属材料建议修读学期：第5学期先修课程：物理化学，材料科学基础1 ［无］考核方式与成绩评定标准：闭卷考试教材与主要参考书目：Ll］无机材料学基础，张其土，华东理工大学出版社［2］无机材料科学基础，陆佩文，武汉理工大学出版社［3］材料科学基础，张联盟，武汉理工大学出版社内容概述：本课程是无机非金属材料工程专业本科生的重要专业基础课，是一门理论性很强、涉及面广的课程，是本专业的专业课开设前所必须学的课程。

本课程是使学生掌握材料的组成、结构与性能之间的相互关系和变化规律，掌握材料的结构、物性和化学反应的规律及其相互的联系，为今后从事夏杂的技术工作和开发新型材料打下良好的基础。

The course of fUndamentals of materials science, which is highly theoretical, and almost involves all the sides of materials science, is an important fundamental one for the students majoring in inorganic materials science and engineering. Thus it is set to be taught before other specialized courses. It aims at allowing the students to master the relations between materials compositions, structures and properties, and to establish a good theoretical base for the research and development of new materials in the future.《材料科学基础2》［无］教学大纲课程编号：02024036课程名称：材料科学基础2 /Fundamentals of Materials Science 2学分：2. 5学时：40适用专业：无机非金属材料建议修读学期：第5学期先修课程：物理化学，材料科学基础1 ［无］一、课程性质、目的与任务【课程性质】本课程是无机非金属材料工程专业(建材方向、陶瓷与耐火材料方向)本科生的重要专业基础课，是一门理论性很强、涉及面广的课程，是本专业的专业课开设前所必须学的课程。

材料科学与工程开设课程

材料科学与工程开设课程材料科学与工程（Materials Science and Engineering）是一门跨学科的学科，它涵盖了材料的合成、加工、结构、性能和应用等方面，目的是研究材料的构成、行为和性能，以及通过深入理解材料的原子和分子结构来控制和改进材料的性能。

作为一门重要的学科，材料科学与工程涉及到许多关键的课程。

以下是一些常见的材料科学与工程课程：1.材料科学基础课程：在这些课程中，学生将学习材料科学与工程的基本原理和基础知识，如晶体学、相图、热力学、力学行为和材料性能等。

2.材料合成与加工课程：这些课程着重于材料的制备和加工方法，包括陶瓷、金属、高分子和复合材料等材料类型。

学生将学习不同的合成和加工技术，如凝胶法、溶胶-凝胶法、熔融法、挤压和烧结等。

3.材料性能与分析课程：这些课程关注材料的性能测试和分析方法，学生将学习如何评估材料的机械、热、电和化学性能。

常用的测试技术包括扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和热分析等。

4.材料结构与组织课程：这些课程介绍了材料的结构与组织对其性能和行为的影响。

学生将学习晶体结构、晶粒和晶界、缺陷和析出物等基本概念。

此外，还将介绍一些常见的组织调控方法，如热处理和力学变形等。

5.材料力学与疲劳课程：这些课程关注材料的力学行为和疲劳性能。

学生将学习材料的弹性、塑性和断裂行为，以及疲劳现象的成因和预防方法。

6.材料表面与界面课程：这些课程涉及材料的表面现象和界面现象。

学生将学习各种表面改性和涂层技术，以及如何控制材料的界面性能。

7.先进材料与纳米材料课程：这些课程关注最新的材料研究领域，如纳米材料、功能材料和生物材料等。

学生将学习这些新材料的合成、性能和应用。

8.材料应用与工程课程：这些课程着重介绍材料在不同领域的应用，如能源、医疗、环境和航空航天等。

学生将学习如何选择和设计合适的材料，以满足特定的应用需求。

材料科学与工程课程通常结合理论学习和实践训练，学生将在实验室中进行材料制备和测试，以及进行模拟和建模分析。

无机非金属材料工程专业本科课程设置

无机非金属材料工程专业本科课程设置1. 课程概述本课程旨在培养学生对无机非金属材料工程领域的基础知识和专业能力。

通过系统的课程设置，学生将掌握无机非金属材料的性质、制备、加工与应用等方面的知识，为未来从事相关工作打下坚实基础。

2. 课程设置2.1 基础课程•材料科学基础：介绍材料科学基本概念、材料结构与性质等，为进一步学习无机非金属材料打下基础。

•无机化学：介绍无机化学的基本理论和实践，包括无机化合物的合成、结构和性质等。

•材料物理学：介绍材料的结构与性能之间的关系，包括晶体结构、物理性质等内容。

•无机非金属材料分析：介绍无机非金属材料的各种分析方法，如X射线衍射、电子显微镜分析等。

2.2 专业课程•无机非金属材料制备与加工：介绍无机非金属材料的制备方法和加工工艺，包括烧结、热处理等技术。

•无机非金属材料性能与测试：探讨无机非金属材料的物理、化学和力学性能测试方法，以及相关标准和规范。

•材料表面与界面工程：介绍材料表面与界面的性质和调控方法，以及相关应用领域。

•无机非金属材料应用与开发：探讨无机非金属材料在电子、光电、能源等领域的应用，以及产品开发和市场需求。

2.3 实践课程•材料实验：通过实验，让学生掌握无机非金属材料的制备和测试方法，培养实践操作能力。

•工程实践：学生参与无机非金属材料工程项目，进行实际工程操作和问题解决，提高工程素养。

3. 课程特色•实践性强：课程设置注重实践操作能力的培养，通过实验和工程实践课程，让学生亲自实践并解决相关问题。

•综合性强：涵盖了无机非金属材料领域的基础知识、制备与加工技术、性能与测试方法以及应用开发等内容。

•行业需求导向：紧跟行业发展趋势，课程设置将学生所学知识与实际应用结合，培养具备市场竞争力的专业人才。

4. 就业前景本专业毕业生可在无机非金属材料相关的科研机构、材料制造企业以及电子、光电、能源等领域从事材料制备、性能测试、产品开发等工作。

也可以选择继续深造，攻读相关硕士或博士学位。

材料科学与工程专业优质课材料表面与界面工程

材料科学与工程专业优质课材料表面与界面工程材料科学与工程专业是现代工程领域中的一个重要学科，其研究的核心是材料的结构、性能和制备方法。

材料的表面与界面工程是材料科学与工程中的重要分支，主要研究材料的表面特性及其对材料性能的影响，以及如何改善材料表面和界面的性能。

本篇文章将从理论层面和应用层面介绍材料表面与界面工程的研究内容、方法和意义。

一、材料表面与界面工程的研究内容材料表面与界面工程涉及诸多内容，主要包括表面改性、界面调控、界面精化和界面反应等方面。

表面改性是指针对材料表面性能不足或需求变化而进行的技术手段，如表面涂层、表面改性材料的制备等。

界面调控是指通过改变材料的表面结构、化学成分或表面形貌，调控材料与界面的相互作用，从而改变材料的性能和功能。

界面精化是指通过合理设计并优化材料的界面结构和界面缺陷，提高材料的界面性能和力学性能。

界面反应则是研究材料在界面上的相互作用及其反应机理，以及如何通过界面反应来改善材料的性能和使用寿命。

二、材料表面与界面工程的研究方法研究材料表面与界面工程的方法多种多样，常用的包括物理方法、化学方法和生物方法等。

物理方法主要依靠外界能量的作用，如激光辐照、电子束辐照等，对材料表面进行改性。

化学方法则是通过控制材料表面的反应条件、反应物浓度和反应时间等来实现表面的改性和调控。

生物方法则利用生物体内存在的各种酶、蛋白质等生物分子，通过特定的反应途径和交互作用来调控材料表面的性质和结构。

三、材料表面与界面工程的意义材料表面与界面工程对材料的性能和应用具有重要意义。

首先，表面改性可以改变材料的疏水性、导电性、机械性能等，从而使材料适应不同的工程需求；其次，通过界面调控和精化，可以改善材料的界面粘附性、界面耐磨性和界面化学稳定性，提高材料的界面载荷传递能力和界面腐蚀抗性；最后，通过界面反应可以提高材料的界面强度和界面连接性能，解决各种界面问题，如界面结合强度不足、界面断裂等。

材料科学基础第8章材料的表面与界面

8.3 晶体中界面的偏聚与迁移 8.3.1 晶界平衡偏析
CB
C0
exp(
G ) kT
可见，溶质原子在静态晶界中偏析的程度和它在溶剂中的溶解度有关。
8.3 晶体中界面的偏聚与迁移
晶界硬化不锈钢的敏化晶界腐蚀粉末烧结过程回火脆性
8.3 晶体中界面的偏聚与迁移
8.3.2 界面迁移驱动力晶界迁移：晶界在其法线方向上的位移，是通过晶粒边缘上
8.2 晶体中的界面结构
三、相界根据界面上的原子排列结构不同，可把固体中的相界分为
共格、半共格以及非共格三类。（1）共格相界
8.2 晶体中的界面结构有应变共格界面
8.2 晶体中的界面结构
（2）半共格相界
若aa和ab分别为无应力时的a和b的点阵常数，这两个点阵的
错配度定义为：
ab aa a
晶界迁移率B与扩散系数D之间的关系为： B＝D/kT ≈B0 e(-Q/kT)
当界面保持平衡时，界面两侧压力差值为P，
则：
gldq＝Plrdq
所以：
P＝g/r
而对任意曲面，则有：恒温时：
P＝g(1/r1+1/r2) dm＝VdP
则：
m1－m2＝VP
通过以上分析可见，晶界曲率是晶界迁移的驱动力，界面总
是向凹侧推进。
8.3 晶体中界面的偏聚与迁移
8.3.3影响界面迁移的因素 (1) 温度
a
8.2 晶体中的界面结构
(3) 非共格界面
当两相在相界面处的原子排列相差很大时，即很大时，只能
形成非共格界面。
8.2 晶体中的界面结构 8.2.2界面能量一、晶界能
由于晶界是一种缺陷，它的出现使体系的自由能增加，我们定义形成单位面积的晶界而引起体系自由能增高称为晶界能。

第八章材料表面与界面材料科学基础陶杰主编化学工业出版

E a = E1 E g
21
8.3.2 晶界迁移晶界在其法线上的位移,从微观上看, 晶界迁移 — 晶界在其法线上的位移,从微观上看,是通过晶粒边缘上的原子向其邻近晶粒的跳动实现的典型情况:晶粒长大过程;相变过程. 典型情况:晶粒长大过程;相变过程.
22
●
影响晶界迁移的主要因素降低迁移率,与晶界偏析, ● 溶质或杂质原子 -- 降低迁移率,与晶界偏析,晶界结构有关. 有关. 阻碍作用, ● 晶界第二相颗粒 -- 阻碍作用,晶界脱离第二相颗粒的
d
理想表面结构
4
清洁表面:是指不存在任何吸附,催化反应, 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,没有表面污染的实际表面物理化学效应的表面没有表面污染的实际表面
台阶表面弛豫表面结构重构表面 [112] 台阶表面不是一个平面, 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 [110] [111]
19
20
8.3 界面的偏聚与迁移 8.3.1 晶界平衡偏析晶界偏析:在平衡条件下,溶质原子(离子) ● 晶界偏析:在平衡条件下,溶质原子(离子)在晶界处浓度偏离平均浓度. 浓度偏离平均浓度. 偏析的自发趋势:晶界结构缺陷比晶内多, ● 偏析的自发趋势:晶界结构缺陷比晶内多,溶质原子离子)处于晶内的能量比处在晶界的能量高, (离子)处于晶内的能量比处在晶界的能量高,通过偏析使系统能量降低. 使系统能量降低. 偏析驱动力是内能差: ● 偏析驱动力是内能差:设一个原子位于晶内和晶界的内则偏析的驱动力为: 能分别为El 和Eg ,则偏析的驱动力为:
γ SG = γ SL + γ LG cos θ
是润湿角; 称润湿张力. 式中θ是润湿角;F 称润湿张力.

材料科学基础---第四章表面与界面

单位面积上的能量和单位长度上的力是等因次的，
J/m2 Nm2mm N
液体的表面能和表面张力在数值上是相等的；固体的表面能和表面张力在数值上往往是不相等的。
思考题
1、固体表面具有哪些特征？固体表面的不均一性是如何产生的？
2、在表面力作用下，离子晶体表面会产生哪些变化？
3、表面粗糙度和微裂纹对晶体表面会产生什么影响？
1)—开尔文方程
r2
P—曲面上蒸汽压 P0—平面上蒸汽压 r —球形液滴的半径 R—气体常数
—液体密度 M—分子量 —表面张力
讨论： (1) 凸面蒸汽压>平面>凹面蒸汽压。应用：解释蒸发凝聚传质。 (2)开尔文公式也可应用于毛细管内液体的蒸汽压变化。
如液体对管壁润湿，则
lnP2M1cos P0 RT r
材料科学基础---第四章表面与界面
பைடு நூலகம்
一、固体表面的特征
1、固体表面的不均一性 ●绝大多数晶体是各向异性。 ●同一种物质制备和加工条件不同也会有不同的表面性质。 ●由于晶格缺陷、空位或位错而造成表面的不均一性； ●由于外来物质污染，吸附外来原子占据表面位置引起固体表面的不均一性。 ●固体表面无论怎么光滑，从原子尺寸衡量，实际上也是凹凸不平的。
4、什么是晶界？相界面？晶界具有什么特点？ 5、什么是晶界构型？多晶材料中晶界相遇有哪
几种构型？
第二节界面行为
一、弯曲表面效应二、润湿与粘附
一、弯曲表面效应
1、弯曲表面的附加压力 (1)定义：弯曲表面两边的压力差称为弯曲表面的附加压力。符号：∆P。 (2)产生原因：由于表面张力的作用。方向：曲率中心。
图4－6 润湿的三种情况
（1）附着润湿

材料科学基础05-固体的表面与界面培训讲学

亚晶界（sub-boundaries）、相界(phase boundaries)
及层错(stacking faults)等。
界面的存在对晶体的力学、物理和化学等性能产生着重
要的影响。
2022/3/14
9
界面现象的本质
表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。
体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是第2 节界面及界面行为——润湿与吸附、粘附
• 本章了解界面、固体表面分类及结构、固体表面力场
• 重点掌握润湿的类型（附着、浸渍和铺展润湿） • 重点掌握Young方程、接触角 • 润湿的应用 • 吸附、粘附
第1节固体的表面及其结构
固体表面的特点
固体表面的不均一性。表现在：
2022/3/14
高倍电子显微镜下聚四氟乙烯表面结构图
2
1µm • CVD氧化铝涂层剖面
2022/3/14
• 氧化铝涂层表面
3
相界面
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）。
F范＝FK＋FD＋FL 1/r7
对不同物质，上述三种作用并非均等的。例如对于非极性分子，定向作用和诱导作用很小，可以忽略，主要是分散作用。
固体的表面结构
表面力的作用：液体: 总是力图形成球形表面来降低系统的表面能。固体: 使固体表面处于较高的能量状态(因为固体不能流动), 只能借助于离子极化、变形、重排并引起晶格畸变来降低表面能，其结果使固体表面层与内部结构存在差异。
（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。

材料科学基础--材料表面与界面(专业课)

2.体心立方点阵相对[110]轴转动50.5°后出现（）。
正确答案：A.1/11重合位置点阵
5.下列对变形储能描述正确的是（）。
正确答案：A.变形储能越大，变形储能差值越大，界面的迁移速率越大。
多选题
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7.二维点阵的晶界有（）自由度。
正确答案：B.二个
多选题
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1.析出物形状是由( )两个互相竞争着的因素所决定。
正确答案：A.对称倾侧晶界 B.不对称晶界 C.扭转晶界
4.下列描述中正确的是（）。
正确答案：A.变形储能越大，变形储能差值越大。 C.变形储能越大，界面的迁移速率越大
5.下面对常见的材料表面按其形成途径分类描述正确的（）。
正确答案：A.机械作用界面 C.凝固共生界面 D.熔焊界面
正确答案：A.小角晶界 B.中角晶界 C.大角晶界
5.下列描述中正确的是（）。
正确答案：A.变形储能越大，变形储能差值越大。 C.变形储能越大，界面的迁移速率越大
6.下面对晶界曲率描述正确的是（）。
正确答案：A.晶界曲率是晶界迁移的驱动力 B.界曲率是向凹侧推进
判断题
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