材料表面與界面復習題答案

1、1.液體的原子結構的主要特征。液體的原子結構的主要特征。液體的原子結構存在以下三個主要特征：(1)液體結構中近鄰原子數一般為5~11個（呈統計分布），平均為6個，與固態(tài)晶體密排結構的12個最近鄰原子數相比差別很大；(2)在液體原子的自由密堆結構中，四面體間隙占了主要地位。(3)液體原子結構在幾個原子直徑范圍內是短程有序的，而長程是無序的。2.液體表面張力的概念和影響因素。液體表面張力的概念和影響因素。液體表面分子或原子受到內部分子或原子

2、的吸引，趨向于擠入液體內部，使液體表面積縮小，因而在液體表面切向方向始終存在一種使液體表面積縮小的力，液體表面這種沿著切向方向，合力指向液體內部的作用力，就稱為液體表面張力。液體表面張力影響因素很多，如果不考慮液體內部分子或原子向液體表面的偏聚和外部原子或分子對液體表面的吸引，影響液體表面張力的因素主要有：(1)液體自身結構：液體的表面張力來源于液體內部原子或分子間的吸引力，因此液體內部原子或分子間的結合能的大小直接影響到液體的表面張力

3、的大小。一般來說，液體中原子或分子的結合能越大，液體表面張力越大，一般液體表面張力隨結構不同變化趨勢是：金屬鍵結合物質離子鍵結合物質極性共價鍵結合物質非極性共價鍵結合物質(2)表面所接觸的介質：液體的表面張力的產生是由于處于表面層的原子或分子一方面受到液體內部原子或分子的吸引，另一方面受到液體外部原子或分子的吸引。當液體處在不同介質環(huán)境時，液體表面的原子或分子與不同物質接觸所受的作用力不同，因此導致液體表面張力的不同。一般來說，介質物質

4、的原子或分子與液體表面原子或分子結合能越大，液體表面能越小，反之越大(3)溫度：隨著溫度的升高，液體密度下降，液體內部原子或分子間的作用力降低，液體內部原子或分子對表面原子或分子的吸引力減弱，液體表面張力下降。最早給出的預測液體表面張力與溫度關系的半經驗表達式為：γ=γ0(1－TTc)n式中Tc為液體的氣化溫度，γ0為０K時液體的表面張力。3.固體表面能的影響因素。固體表面能的影響因素。影響固體表面能的主要因素有：固體原子間的結合能、固

5、體表面原子的晶面取向和溫度。由于表面能的大小主要取決于形成固體新表面所消耗的斷鍵功，因此原子間的結合能越高，斷開相同結合鍵需要消耗的能量越高，所形成的固體表面能越高。由于固體晶體結構是各向異性的，不同晶面的原子面密度不同，所以形成單位面積的新表面需要斷開原子鍵的數量不同，導致所形成的表面能不同。一般來說，固體表面原子面密度越高，形成單位面積的新表面需要斷開原子鍵的數量越小，表面能越低。與液體一樣，固體的表面能隨溫度的升高而下降，并且固體

6、表面能隨溫度升高而下降的速度大于液體。4.計算并討論立方晶系（計算并討論立方晶系（100）、（110）和（）和（111）面的表面能大小。）面的表面能大小。采用“近鄰斷鍵模型”（Nearestneighbbrokenbondmodel）來計算固體晶體的表面能，兩點假設：第一，每個原子只與其最近鄰的原子成鍵（最近鄰原子數即為該晶體結構的配位數），并且只考慮最近鄰原子間的結合能；第二，原子間的結合能（Ua）不隨溫度變化。對于具有任意晶體結構的

7、固態(tài)晶體，某一晶面hkl的表面能（γShkl）可以用下式計算：γShkl=NhklZ(Ua2)式中，Nhkl為hkl晶面單位面積的原子數，Z為晶體沿hkl晶面斷開形成新表面時hkl潤濕角公式：?sg=?sl?lgcos?所以cos?＝（?sg－?sl）?lg當?sg?sl時，cos?0，?90o，?sg與?sl差越大，不潤濕程度越大。以上方程的使用條件：?sg－?sl≤?lg，?sg為固體的表面能低能表面不易被液體潤濕，但表面張力很低的

8、液體也可能潤濕，甚至完全潤濕低能表面。對于某一低能表面的固體，當液體的表面張力達到?c時，可完全潤濕該固體，則?c稱為該固體被完全潤濕的臨界表面張力。?c是固體材料的一個特征值，其物理意義是：只有表面張力小于?c的液體，才能對該固體完全潤濕。大于?c的液體，有一定的?值。由此又提出一個計算?的經驗公式cos?=1－?(?1g－?c)其中?的單位是：Nm1；?＝30～40鋪展：鋪展：一種液體能否在另一種與其不相溶的液體或固體表面上鋪展，可

9、用粘附功和內聚功之差來表示：S＝Wa－Wc=[?A?B－?AB]－2?B＝?A－?B－?ABS－鋪展系數S0時，B在A表面上會自動鋪展開，S值越大，鋪展越容易S0是鋪展的基本條件，這時?A－?B－?AB0對液相在固相表面的鋪展：?A＝?sg?B＝?lg?AB=?ls，所以?sg－?ls－?lg0，所以?sg－?ls?lg。這時潤濕角方法已經不能再適用。鋪展是潤濕的最高標準6.分析晶界結構模型。分析晶界結構模型。多晶體的性能與晶內晶體結構

10、有關，也與晶界結構有關。多晶體中各晶粒之間的交界稱為晶界。而且多晶體晶界一般為大角晶界。目前對大角晶界提出的晶界結構模型有：晶界是由非晶體粘合物構成島狀模型：小島內原子排列整齊晶界點缺陷模型：晶界有大量空位間隙原子晶界結構位錯模型重合位置點陣其中重合位置點陣晶界（CoincidentsiteLattice，CSL）模型比較成熟。小角晶界是指相鄰兩晶粒間位向差小于15℃的晶界，研究比較成熟，主要分為傾斜晶界和扭轉晶界。其中傾斜晶界又分為：