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第6章 表面与界面

              6.1 固体表面的基本特征(1)

   
     6.1.1固体表面的不均一性

    通常把一个相和它本身蒸汽(或真空)接触的界面称为表面。固体的表面与液体有相似处,即固体表面上的原子(离子)与液体表面上一样,是受力不对称的。但固体表面原子(离子)又不象液体中那样能够自由流动,由此使研究固体表面比液体更为困难,特别是定量的描述。关于固体表面的不均一性主要表现在如下几方面:
    ① 绝大多数晶体是各向异性的,这一性质也体现在不同方位的表面上。
    ② 同种固体的表面性质会发生与制备或加工过程密切相关的变化。
③ 晶体中晶格缺陷如空位或位错等也会在表面存在并引起表面性质的变化。
    ④ 固体暴露在空气中,其表面被外来物质所污染,被吸附的外来原子可占据不同的表面位置,形成有序或无序排列。
   ⑤ 从原子尺度上,实际固体表面并非光滑,是凹凸不平的。


6.1.2 固体表面力场

    晶体中每个质点周围都存在一个力场。在晶体内部这个力场可认为是有心的、对称的。但在固体表面,质点排列的周期性被中断,使处于表面上的质点力场对称性破坏,产生有指向的剩余力场,这种剩余力场表现出固体表面对其他物质有吸引作用(如吸附、润湿等),这种作用力称为固体表面力。表面力主要可分为化学力和分子引力:
    (1)化学力
化学力本质是静电力。主要来自表面质点的不饱和键,当固体表面质点和被吸附物间发生电子转移时,就产生化学力。它可用表面能的数值来估计,表面能是与晶格能呈正比而与吸附物体积呈反比的。
    (2)范德华力
    范氏力又称分子引力,主要来源于三种力:
    ①定向作用力(静电力):主要发生在极性物质之间,相邻两个极化电矩因极性不同而发生作用的力。
   ②诱导作用力:发生在极性物质与非极性物质之间,诱导是指在极性物质作用下,非极性物质被极化诱导出暂态的极化电矩,随后与极性物质产生定向作用。
    ③分散作用力(色散力):主要发生在非极性物质之间,非极性物质是指其核外电子云呈球形对称而不显示永久的偶极矩。但就电子在绕核运动的某一瞬间,在空间各个位置上,电子分布并非严格对称,这样就将呈现出瞬间的极化电矩。许多瞬间极化电矩之间以及它对相邻物质的诱导作用都会引起相互作用效应,这称为色散力。
    在固体表面上,化学力和范德华力可以同时存在,但两者在表面力中所占比重,将随具体情况而定。

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