材料工业已经成为国民经济的支柱产业之一。任何材料都有一个与外界接触的表面,或者有一个区别于其他材料的界面。界面的结构和性能直接影响材料的整体性能。随着材料科学的飞速发展,国内外科学家越来越重视材料表面界面的研究。
材料科学、信息科学、生命科学是当前新技术革命的三大前沿科学,材料的表面界面在材料科学中占有重要地位!
一种材料的表面无论是结构还是化学成分都明显不同于其内部体,因为材料内部的原子与周围的原子受到同样的相互作用,而材料表面原子上的力场是不平衡的,从而产生表面能。对于成分不同的材料,成分之间可以形成界面,在材料的表面界面上可能会富集某种成分。即使是单组分材料,由于内部缺陷,如位错等。或者由于不同的结晶状态而形成晶界,也可能在内部产生界面。材料的表面界面对材料的整体性能有决定性的影响。腐蚀、老化、硬化、破坏、印刷、涂布、粘接、复合等都与材料的表面界面密切相关。因此,研究材料的表面界面现象具有重要意义。
表接口的定义?
什么是表格界面?表面界面的研究对象是异质系统,即系统中存在两个或两个以上性质不同的相,表面界面是从一个相到另一个相的过渡区:根据物质的聚集状态,
表接口通常可以分为以下五类:
固体-气体;
液-气;
原因——流体;
液-液;
固体-固体
气体和气体永远是同质系统,所以没有表面界面。传统上,固-气、液-气的过渡区称为表面接触角,固-液、液-液、固-固的过渡区称为界面。无论是表面还是界面,交角都可以称为接触角。事实上,这两个阶段之间有一个明显的界面,这两个阶段是一个逐渐过渡的区域。表面界面区域的结构、能量和组成显示出连续的梯度变化。因此,朋友界面不是一个几何平面,而是一个三维区域,具有复杂的结构和几个分子线性的厚度。因此,界面区域通常被视为一个相或层,称为界面相或界面层。
由于研究接触角和研究目的的不同,表面界面可以区分如下。
在物理学中,表面通常被定义为三维规则晶格和体外空之间的过渡区域。该过渡区的厚度随材料类型而变化,可以是原始层或多个原子层。在过渡区,周期晶格受到严重干扰甚至完全突变。表面以下几十个原子层称为“亚表面”,亚表面以下是正常体,称为“体相”。
(1)理想表面
理想曲面是指除了一组假定的边界条件外,系统不发生变化的曲面。以固体为例,理想表面是指表面的原子位置和电子密度与物体相同。c,这是一个理想的曲面,实际上是不存在的。如在Nacl晶体中,半径较大的C1形成面心立方堆积,而半径较小的Na′则分布在八面体的孔隙中。因为表面上的C1-,C1-,之间的排斥力被推出体外,而‘卡’则被拉入体内。表面偶极层C也存在于许多金属氧化物中,影响吸附、润湿、腐蚀和烧结。
(2)清洁表面
清洁表面是指没有任何污染的化学纯表面,即没有吸附、催化反应或杂质扩散等物理化学效应的表面。清洁表面是相对于被环境污染的表面而言的。只能采用特殊方法,如高温热处理、离子轰击退火、真空解理、真空沉积、场蒸发等。,能否获得洁净的表面,必须保持在超高真空。
原始清洁表面会发生各种不同于体内的结构和成分变化,如松弛、重构、步进、分离和吸附,如图1-1所示。弛豫是表面附近晶格常数的明显变化。重构是表面原子重新排列形成与体内不同的晶面。步进是指相对规则的不完整平面结构的现象。吸附和分离是指表面区域化学成分的变化。前者是指气相原子或分子在气固或液固界面的聚集,后者是指溶液或溶质在相界、晶界或缺陷处的聚集。
材料表面的原子与体内的原始原子处于不同的环境中。前者的原子处于高能高应力状态。这种状态决定了材料表面具有表面能和表面张力。
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