無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析課件

1、2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析1 第5講 表面與界面一、固體的表面 在穩(wěn)定狀態(tài)下，自然界的物質(zhì)通常以氣-液-固三種形態(tài)存在。三者之中，任何兩相或兩相以上的物質(zhì)共存時，會分別形成氣-液、氣-固、液-液、液-固、固-固以及氣-液-固多相界面。 通常所講的固體表面實(shí)際上是指氣-固兩相界面，而看到的液體表面則是氣-液兩相界面。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析2 在不同的技術(shù)學(xué)科中，人們對材料表面的尺度往往有不同的劃分和理解。 從結(jié)晶學(xué)和固體物理學(xué)考慮，表面是指晶體三維周期結(jié)構(gòu)同真空之間的過渡區(qū)，它包括不具備三維結(jié)構(gòu)特征的最外原子層，如一個或數(shù)個原子層的區(qū)域。材料學(xué)

2、中通常將氣相（或真空）與凝聚相之間的分界面稱為表面。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析3 從實(shí)用技術(shù)學(xué)科角度考慮，表面是指結(jié)構(gòu)、物性、質(zhì)點(diǎn)（原子、分子、離子）的能量狀態(tài)和受力情況等與體相不相同的整個表面層,它的尺度范圍常常隨著客觀物體表面狀況的不同而改變，也隨著不同技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域研究所感興趣的表面深度不同而給表面以不同尺度范圍的劃分。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析4 1、概念 表面：指一個相和它本身蒸氣（或真空）相接觸的分界面。 界面：指一個相和另一個結(jié)構(gòu)不同的相接觸時的分界面。理想晶體：任一個質(zhì)點(diǎn)都處在三維無限連續(xù)的空間中，質(zhì)點(diǎn)周圍作用環(huán)境完全相同。實(shí)際晶體

3、：處于物體表面的質(zhì)點(diǎn)，其連續(xù)排列被中斷，質(zhì)點(diǎn)受力狀態(tài)不同于內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)，處于較高的能態(tài)，所以導(dǎo)致材料呈現(xiàn)一系列特殊的性質(zhì)。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析5 例如：1kg直徑為102米的石英變成109米的石英時，表面積和表面能增加143倍。 由于高分散系比低分散系能量高得多，必然使物系性質(zhì)表現(xiàn)出很大的差異。 物理性質(zhì)：熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、蒸汽壓、溶解度、吸附、 潤濕和燒結(jié)活性等 化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)活性、催化、固相反應(yīng)等 2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析62、固體的表面現(xiàn)象 處于任何相態(tài)的任何物質(zhì)的表面與其體相相比較, 二者在組成、結(jié)構(gòu)、性能、質(zhì)點(diǎn)（原子、分子、離子）的能量狀

4、態(tài)和受力情況等方面均有差別，由此而產(chǎn)生的各種物理和化學(xué)現(xiàn)象稱之為表面現(xiàn)象，集中表現(xiàn)在以下幾個方面： 1）表面質(zhì)點(diǎn)的幾何結(jié)構(gòu)不同于體相，形成新的對稱性與元格結(jié)構(gòu)（表面基元結(jié)構(gòu)，以區(qū)別于三維體相晶體結(jié)構(gòu)中的元胞），發(fā)生相變，同時還會產(chǎn)生各種微觀缺陷。 2）由于表面質(zhì)點(diǎn)配位數(shù)的減少，相對于體內(nèi)環(huán)境，處于表面上的質(zhì)點(diǎn)其遷移和擴(kuò)散運(yùn)動要容易得多，因?yàn)樗朔哪芰縿輭据^低。質(zhì)點(diǎn)的遷移擴(kuò)散必然引起表面質(zhì)點(diǎn)的重新排列及相關(guān)元素的重新分布。對于合金、摻雜金屬氧化物、含添加劑的聚合物及異質(zhì)多層沉積膜，還會發(fā)生表面偏析現(xiàn)象。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析73）由于三維周期勢場的突然中斷，在表面

5、上形成新的電子結(jié)構(gòu)，如懸掛鍵。固體物理學(xué)家和半導(dǎo)體科學(xué)家通常將其稱為“表面電子態(tài)”。固體表面化學(xué)家則習(xí)慣用“表面化學(xué)鍵”來定義表面上的特殊電子結(jié)構(gòu)。 4）由于表面存在不飽和價(jià)鍵，因此在化學(xué)上表現(xiàn)異?；顫?，直接影響外來原子或分子在固體表面上的吸附和催化反應(yīng)。 總之，表面上質(zhì)點(diǎn)的幾何排列、電子結(jié)構(gòu)、元素組成及化學(xué)狀態(tài)與體相是完全不同的，因而在宏觀上顯示出固體材料表面特有的物理化學(xué)現(xiàn)象，并表現(xiàn)出特殊的物理化學(xué)性質(zhì)。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析83、固體的表面力場1）化學(xué)力 物質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)因受到周圍別的質(zhì)點(diǎn)的作用而存在力場。 對于晶態(tài)物質(zhì)來說，其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列有序并呈現(xiàn)周期性重復(fù)變化

6、，因此，每個質(zhì)點(diǎn)受到的作用力場是對稱的。但在晶體表面，質(zhì)點(diǎn)排列的周期重復(fù)性中斷，使表面質(zhì)點(diǎn)作用力場的對稱性被破壞，表現(xiàn)出剩余的鍵力，這就是固體表面力中的化學(xué)力，其本質(zhì)為靜電力，源于表面質(zhì)點(diǎn)的不飽和價(jià)鍵，并可以用表面能的數(shù)值來衡量。對于離子晶體，表面力主要取決于晶格能和極化作用。通常，表面能與晶格能成正比，而與分子體積成反比。對于非晶態(tài)固體，同樣存在表面力場，而且由于其內(nèi)能高于同化學(xué)組成的晶體，表面力場的作用更為顯著。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析92）物理作用力或叫分子間力1）取向力：當(dāng)兩個極性分子相互靠近時，分子固有的偶極之間發(fā)生同極相斥、異極相吸作用，使分子在空間按一定

7、取向排列，從而使體系處于一種更穩(wěn)定的狀態(tài)。這種固有的偶極間的作用力為取向力，其實(shí)質(zhì)是偶極子間的靜電力。2）誘導(dǎo)力：當(dāng)極性分子與非極性分子相遇時，極性分子的固有偶極產(chǎn)生的電場作用力使非極性分子的電子云變形，且誘導(dǎo)非極性分子形成偶極子。固有偶極子與誘導(dǎo)偶極子進(jìn)一步相互作用（同極相斥、異極相吸），使體系達(dá)到一種新的平衡和穩(wěn)定狀態(tài)。這種作用力被稱為誘導(dǎo)力。3）色散力：非極性分子產(chǎn)生的瞬時偶極可使與它相鄰的另一非極性分子產(chǎn)生瞬時誘導(dǎo)偶極。兩個偶極子處于異極相鄰的狀態(tài)，從而產(chǎn)生分子間吸引力。這種由于分子不斷產(chǎn)生瞬時偶極而形成的作用力被稱為色散力。這3種分子間力統(tǒng)稱為范德華力。 2022/7/19無機(jī)非金屬

8、材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析10分子間力的特點(diǎn)： 1）分子間力的大小與分子間距離的6次方成反比。因此分子間距稍遠(yuǎn)時，分子間力明顯減弱。它們的作用距離大約在300500pm范圍內(nèi)。分子間既保持一定接觸距離又無電子云重疊時，相鄰兩分子中相互接觸的那兩個原子的核間距之半稱為原子的范德華半徑。氯原子的范德華半徑為180pm，比其共價(jià)半徑99pm大得多。 2）分子間力沒有方向性和飽和性。 3）分子間力作用能一般在220kJmol-1，比化學(xué)鍵能(100600kJmol-1)小約12數(shù)量級。 2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析11 鹵素分子物理性質(zhì)很容易用分子間力作定性解釋：F2、Cl2、Br2

9、、I2都是非極性分子。按順序，其分子量增大，原子半徑增大，電子增多，因此，色散力增加，分子變形性增加，分子間力增加。 反映在物理性能上， F2、Cl2、Br2、I2鹵素分子的熔、沸點(diǎn)按順序迅速增高。如，常溫下F2、Cl2是氣體，Br2是液體，而I2則是固體。 不過，HF，H2O，NH3 等氫化物的分子量與相應(yīng)同族氫化物相比要小，但它們的熔、沸點(diǎn)則反常地高，其原因在于這些分子間存在氫鍵。 2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析124、固體表面結(jié)構(gòu)1）晶體表面結(jié)構(gòu) 微觀（原子尺度的超細(xì)結(jié)構(gòu)）和宏觀（表面幾何狀態(tài)）（1）晶體表面的微細(xì)結(jié)構(gòu)（離子晶體） 維爾威（Verwey）晶體表面結(jié)構(gòu)學(xué)

10、說: 新形成的理想表面由于周期性重復(fù)排列中斷而具有很高的表面能，體系不穩(wěn)定，通過自發(fā)地變化，來降低能量而趨于穩(wěn)定。 變化過程：松弛（極化變形，降低表面能）和重建（離子重排，進(jìn)一步降低表面能）。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析13 表面離子重排結(jié)果： 正離子的配位數(shù)下降，6 5； 表面形成厚度為0.02nm的雙電層； 晶體表面好象被一層負(fù)離子所屏蔽。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析14雙電層的成因：對于離子晶體，處于表面的負(fù)離子（Cl-）只受到上下和內(nèi)側(cè)Na+離子的作用，而外側(cè)是不飽和的。于是，表面負(fù)離子（Cl-）的電子云因被拉向內(nèi)側(cè)正離子一方而變形，形成負(fù)電

11、端朝內(nèi)側(cè)、正電端朝外側(cè)的偶極子。這種偶極子的形成，必然引起與其相鄰的Na+離子電子云的變化，使Na+離子電子云的正電端朝內(nèi)側(cè)負(fù)電端朝外側(cè)，形成誘導(dǎo)偶極子。由于負(fù)離子的極化變形大于正離子，因此，表面上的Na+離子被拉向內(nèi)側(cè)，這相當(dāng)于表面上的Cl-離子被推向外側(cè)，正負(fù)離子通過重排而使體系在能量上趨于穩(wěn)定，并在表面形成雙電層。與此同時，表面層中的離子鍵性減弱，而共價(jià)鍵性增強(qiáng)，Na+離子配位數(shù)由6降為5，表面被一層Cl-離子所屏蔽，并有可能在表面形成非化學(xué)計(jì)量化合物（如NaxCl或NaClx，x1）。離子的極化率愈大，變形愈大，表面能下降愈多。變形程度主要取決于離子極化性能。2022/7/19無機(jī)非金

12、屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析15離子的極化率愈大，變形愈大，表面能下降愈多。變化程度主要取決于離子極化性能。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析16表面效應(yīng)：最外層的雙電層對次內(nèi)層發(fā)生作用，并引起內(nèi)層離子的極化與重排，這種作用隨著向晶體內(nèi)部推移而衰減。作用深度與陰、陽離子的半徑差有關(guān)。粉體：形成許多新表面，而表面層離子的極化變形和重排使表面晶格畸變，有序性降低。當(dāng)細(xì)化到一定程度時，使表面無定形化，不僅增加了粉體活性，而且由于雙電層使表面荷電而容易引起磨細(xì)的粉體又重新團(tuán)聚。提高微細(xì)粉體表面活性同時防止粉體團(tuán)聚成為與表面化學(xué)和物理有關(guān)的研究課題。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)

13、表面分析172）晶體表面的幾何結(jié)構(gòu)表面粗糙度：固體的實(shí)際表面是不規(guī)則和粗糙的. 即使完整解理的云母表面也存在著2100nm，甚至更高的臺階。表面粗糙度會引起表面力場的變化（色散力和靜電力），表面力場不均勻；固體的比表面積，內(nèi)、外表面積比值以及與之相關(guān)的屬性，如強(qiáng)度、密度、潤濕、孔隙率、透氣性等；材料連接時的嚙合與結(jié)合強(qiáng)度。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析18 表面微裂紋 微裂紋會使應(yīng)力集中，起著應(yīng)力倍增器的作用，對材料強(qiáng)度影響顯著。 格里菲斯（Griffith）材料斷裂應(yīng)力與微裂紋長度的關(guān)系式： 高強(qiáng)度材料，彈性模量和表面能大， 微裂紋尺寸應(yīng)小。 吸附 由于固體表面力的存在，

14、能夠迅速地從空氣中吸附氣體或其他物質(zhì)來滿足它的電中性要求，因此，除非經(jīng)過特殊的處理，固體表面往往總是被吸附膜所覆蓋。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析19 吸附膜的形成改變了原表面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 （1）吸附膜的形成降低了固體的表面能，使之較難被潤濕，從而改變了界面的化學(xué)特性。所以在涂層、鍍膜、材料封接等工藝中必須進(jìn)行嚴(yán)格的表面處理。 （2）由于吸附膜的形成使固體表面微裂紋內(nèi)壁的表面能降低，材料的實(shí)際斷裂強(qiáng)度按正比于1/2的規(guī)律降低，因此，吸附膜的形成會顯著降低材料的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)采用濕球磨法研磨粉體時，粉體表面因形成吸附膜而使粉體強(qiáng)度降低，從而可以大大提高粉磨效率。2022/7/

15、19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析20 （3）吸附膜還會改變金屬材料的功函數(shù)，從而改變它們的電子發(fā)射特性和化學(xué)活性。 功函數(shù)是指電子從金屬中所占據(jù)的最高能級遷移到真空介質(zhì)時所需要的功。當(dāng)吸附物的電離能小于吸附劑的功函數(shù)時，電子則從吸附物移到吸附劑的表面。結(jié)果如下圖所示，在吸附膜與吸附界面上形成一個正端朝外的電矩，并降低金屬的功函數(shù)。 圖 金屬在氣體吸附膜中形成的表面電矩2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析215、固體表面能 表面能：每增加單位表面積，體系自由能的增加量。 表面張力：擴(kuò)張表面單位長度所需要的力。 單位面積上的能量和單位長度上的力是等因次的， 液體的表面能和表面張力

16、在數(shù)值上是相等的；固體的表面能和表面張力在數(shù)值上往往是不相等的。 1）共價(jià)晶體表面能 共價(jià)鍵不必考慮長程力的作用，表面能大小等于破壞單位面積上全部鍵所需能量的一半：2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析22設(shè)： 第i個原子處在晶體內(nèi)部時與鄰近原子的作用能為：uib 第i個原子處在晶體表面時與鄰近原子的作用能為：uis 第i個原子在晶體內(nèi)部時的配位數(shù)為：nib 第i個原子在晶體表面時的配位數(shù)為：nis則 從晶體內(nèi)部取走一個原子所需作的功為：uibnib/2 在晶體表面取走一個原子所需作的功為：uisnis/22）離子晶體表面能 以真空中、0K下，一個原子由晶體內(nèi)部遷移到晶體表面為例。

17、 設(shè)：一個原子在晶體表面和內(nèi)部的能量差為：(U)S,V 單位表面面積上的原子數(shù)為：LS 則在0K時，固體表面能為：2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析23注意：用上述公式計(jì)算的結(jié)果往往與實(shí)際測定結(jié)果不一致： 表面與內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，表面的原子數(shù)減少（松弛和重建），這會導(dǎo)致實(shí)際值比計(jì)算值降低； 實(shí)際表面凹凸不平，要比理想表面的面積大，使實(shí)際值比計(jì)算值增加。 固體、液體表面能還受溫度、壓力、第二相接觸物等環(huán)境的影響第i個原子在晶體表面與內(nèi)部的能量差：2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析24二、 界面行為1、彎曲表面效應(yīng) 由于表面張力作用，彎曲表面存在一個附加壓力P。2022

18、/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析25 附加壓力： P=2/R 與表面張力成正比，與彎曲表面曲率半徑成反比。舉例：將玻璃毛細(xì)管分別插入水和水銀中2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析26 彎曲表面的蒸氣壓與曲率半徑的關(guān)系的開爾文公式： 凸表面蒸氣壓 平表面蒸氣壓 凹表面蒸氣壓 當(dāng)r很小時，P稱為毛細(xì)管力。 也可用開爾文公式表示固體溶解度： C-特殊晶粒的溶解度，C0-普通晶粒的溶解度，sl-固、液界面能，M-分子量，r-特殊晶粒的半徑，d固體密度。平 面 r lnP/P0=0 P=P0凸平面 r0 lnP/P00 PP0凹平面 r0 lnP/P00 PP02022/7/19

19、無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析272、潤濕 潤濕是固、液界面行為。 熱力學(xué)定義：固體與液體接觸后，體系的自由焓降低時，就稱潤濕。1）潤濕分類附著潤濕鋪展?jié)櫇窠n潤濕2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析28 附著潤濕 指固體與液體接觸后，液-氣界面、固-氣界面變成為固-液界面。 此時系統(tǒng)自由焓變化： 2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析29l 鋪展?jié)櫇? 液體滴落在固體表面，可能出現(xiàn)三種情況：=0完全潤濕90不潤濕不計(jì)液體重力和粘度：2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析30可以看出： 當(dāng)sv-sl0 時，cos0 ，90，潤濕； 當(dāng)sv-sl0 時，c

20、os90，不潤濕。 F=sv-sl 叫潤濕張力。 F愈大，愈容易潤濕。 sv sl是濕潤的先決條件 當(dāng)固、液兩相組成和性能相近時，sl較小。所以硅酸鹽熔體在氧化物表面容易潤濕，金屬熔體在氧化物固體表面不容易潤濕。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析31 浸漬潤濕 固體浸入液體中，固氣界面被固液界面所替代。 系統(tǒng)自由焓變化： G=sl - sv -G=sv sl=lvcos 所以svsl時，浸漬潤濕能自發(fā)進(jìn)行。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析32 三種潤濕的共同特點(diǎn)： 液體將氣體從固體表面排開，使原有的固-氣界面（或液-氣界面）變成固-液界面，從而使系統(tǒng)的自由焓下

21、降。鋪展是濕潤的最高標(biāo)準(zhǔn)。 潤濕現(xiàn)象的應(yīng)用 需要潤濕：如用錫焊東西時，希望焊錫能鋪展。 不需要潤濕：如雨傘、防水涂層等。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析332）影響潤濕的因素表面粗超度的影響固、液成分和結(jié)構(gòu)的影響吸附膜的影響2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析34平整表面的情況： 將液體邊緣由點(diǎn)擴(kuò)展到點(diǎn)，液-固界面面積增加s，氣-固界面面積減少s，液-氣界面面積增加scos，平衡時，表面粗糙度的影響2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析35實(shí)際表面是粗糙表面 ： 粗糙度系數(shù)n = 真正表面積/表觀表面積 假設(shè)液面A，則 液固界面面積增加ns, 固氣界

22、面面積減少ns, 液氣界面面積增加 scosn 達(dá)到平衡時：2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析36討論： n總大于， 當(dāng)1，cosn必須大于cos，則n時， cos 為負(fù)值，要保持n 1，cosn要為負(fù)值，且cosncos，則會有n。 也就是說： 當(dāng)不能潤濕時，表面粗糙度不利于潤濕。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析37 粗糙度應(yīng)用： 混凝土與水泥接觸，為了增加粗糙度，要在已硬化的混凝土上鑿坑。 焊接時為增加表面粗糙度和去掉表面吸附層，要用銼刀挫舊表面。 在陶瓷表面被銀時，因?yàn)樗鼈冎g不潤濕，所以要磨平、拋光。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析3

23、8固、液成分和結(jié)構(gòu)的影響 潤濕先決條件： sv、sl、lv的大小都影響潤濕。當(dāng)固體一定時，sv不易改變，一般改變sl。當(dāng)固、液成分相似、性能接近時，sl就小，容易潤濕。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析396、吸附與表面改性 一種物質(zhì)的原子或分子附著在另一種物質(zhì)表面的現(xiàn)象。 新鮮表面：容易發(fā)生吸附，在表面形成吸附膜。 原因：新鮮表面質(zhì)點(diǎn)排列中斷后，質(zhì)點(diǎn)受力不平衡，存在著較強(qiáng)的表面力場。吸附膜的影響：通常表面吸附膜會使接觸角增大，阻礙液體鋪展，使?jié)櫇裥阅芟陆??；瘜W(xué)吸附物理吸附吸附2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析40吸附的應(yīng)用(1)作吸附劑 某些物質(zhì)特有的吸附性能

24、。如：硅膠、活性炭、分子篩吸附劑等。(2) 進(jìn)行表面改性 表面改性是指利用表面吸附特性，通過各種表面處理，改變固體表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以適應(yīng)各種預(yù)期的要求。 表面活性物質(zhì)（表面活性劑）：兩個基團(tuán)（官能團(tuán)）：一端是親水的極性基團(tuán)-OH、-COOH、-SO3Na等；另一端是憎水（親油）的非極性基團(tuán)。憎水基烴鏈、碳?xì)浠鶊F(tuán)親水基羥基、羧基等CaTiO32022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析41 表面改性技術(shù)應(yīng)用： 玻璃鋼是玻璃纖維（無機(jī)物）與樹脂（有機(jī)物）復(fù)合，必須進(jìn)行表面改性才能牢固結(jié)合。 氧化鋁瓷成型時要用石蠟作定型劑，氧化鋁粉是親水的，石蠟是親油的，生產(chǎn)中一般是加入油酸來使氧化鋁表面變成

25、親油的。 混凝土中加入減水劑可以減少加水量，增加和易性，提高混凝土的力學(xué)性能。減水劑是表面活性劑，在水泥顆粒表面定向吸附，使水泥顆粒表面帶同種電荷，相互排斥，釋放出自由水。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析42 三、 晶界晶界特點(diǎn): (1)質(zhì)點(diǎn)排列偏離了理想點(diǎn)陣，屬于面缺陷。 (2)由于能量高，容易富集雜質(zhì)，使晶界處熔點(diǎn)低于晶粒。 (3)質(zhì)點(diǎn)容易遷移，是擴(kuò)散的快速通道。 (4)晶界是固態(tài)相變時的優(yōu)先成核區(qū)域。 (5)晶界結(jié)構(gòu)疏松，容易受腐蝕（熱腐蝕、化學(xué)腐蝕等）。 晶界：結(jié)構(gòu)相同而取向不同的兩個晶粒之間的界面。 兩個取向不同的晶粒表面都有剩余鍵力，都要拉界面處質(zhì)點(diǎn)按自己的排列取

26、向進(jìn)行排列。這樣就使界面處質(zhì)點(diǎn)排列處于一種過渡狀態(tài)，偏離了理想點(diǎn)陣。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析43晶界的結(jié)構(gòu)與分類1）按取向不同的兩晶粒間的夾角分： 小角度晶界：23，結(jié)構(gòu)可用刃型位錯模型表示 大角度晶界：傾斜角較大，晶界處質(zhì)點(diǎn)排列無序，結(jié)構(gòu)可用過冷液體模型表示 晶界結(jié)構(gòu)對多晶材料性能（聲、光、電、熱、磁）和材料的擴(kuò)散、燒結(jié)等過程有明顯的影響。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析442）按晶界兩側(cè)原子排列的連貫性分： 共格晶界 半共格晶界 非共格晶界 共格晶界：界面兩側(cè)的晶體具有相似的結(jié)構(gòu)和類似的取向，越過界面的原子面是連續(xù)的，界面的原子為兩側(cè)晶體所共用，這種晶界為共格晶界。理想共格晶界2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)表面分析45 由于兩晶面的晶面間距不同，為保持晶面連續(xù)，必然產(chǎn)生彈性應(yīng)變。失配度是產(chǎn)生彈性應(yīng)變的量度，用表示： () 式中和分別為兩晶面的晶面間距。 具有應(yīng)變的共格晶界 和相差愈大，愈大，彈性應(yīng)變能愈大。彈性應(yīng)變能大到一定程度，將通過引入位錯（半個原子面）降低能量，即形成半共格晶界。2022/7/19無機(jī)非金屬材料結(jié)