界面物理化學(xué)復(fù)習(xí)知識點

1、界面物理化學(xué)復(fù)習(xí)知識點緒論1、界面定義界面：物體與物體之間的接觸面，也稱兩種物質(zhì)之間的接觸面、連接層和分界層。復(fù)合材料的界面是指基體與增強(qiáng)物之間化學(xué)成分有顯著變化的、構(gòu)成彼此結(jié)合的、能起載荷傳遞作用的微小區(qū)域。界面通常包含以下幾個部分：基體和增強(qiáng)物的部分原始接觸面；基體與增強(qiáng)物相互作用生成的反應(yīng)產(chǎn)物，此產(chǎn)物與基體及增強(qiáng)物的接觸面；2、復(fù)合材料定義：用經(jīng)過選擇的、含一定數(shù)量比的兩種或兩種以上的組分(或稱組元)，通過人工復(fù)合、組成多相、三維結(jié)合且各相之間有明顯界面的、具有特殊性能的材料。外加顆粒增強(qiáng)和內(nèi)生顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的比較3、界面連接情況根據(jù)界面的連接緊密程度，界面連接有兩種情況:物質(zhì)之間無相

2、互滲透和物質(zhì)之間有相互滲透4、界面所起的作用界面的效應(yīng)傳遞效應(yīng)界面能傳遞力，即將外力傳遞給增強(qiáng)物，起到基體和增強(qiáng)物之間的橋梁作用。阻斷效應(yīng)結(jié)合適當(dāng)?shù)慕缑嬗凶柚沽鸭y擴(kuò)展、中斷材料破壞、減緩應(yīng)力集中的作用。不連續(xù)效應(yīng)在界面上產(chǎn)生物理性能的不連續(xù)性和界面摩擦出現(xiàn)的現(xiàn)象，如抗電性、電感應(yīng)性、磁性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性等。散射和吸收效應(yīng)光波、聲波、熱彈性波、沖擊波等在界面產(chǎn)生散射和吸收，如透光性、隔熱性、隔音性、耐機(jī)械沖擊及耐熱沖擊性等。誘導(dǎo)效應(yīng)一種物質(zhì)(通常是增強(qiáng)物)的表面結(jié)構(gòu)使另一種(通常是聚合物基體)與之接觸的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)由于誘導(dǎo)作用而發(fā)生改變，由此產(chǎn)生一些現(xiàn)象，如強(qiáng)的彈性、低的膨脹性、耐沖擊性和耐熱

3、性等界面效應(yīng)是任何一種單一材料所沒有的特性，它對復(fù)合材料具有重要的作用。界面效應(yīng)既與界面結(jié)合狀態(tài)、形態(tài)和物理-化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，也與復(fù)合材料各組分的浸潤性、相容性、擴(kuò)散性等密切相關(guān)。5、物質(zhì)固液氣態(tài)，表現(xiàn)出的界面種類，舉例說明氣液界面：蒸發(fā)、蒸餾、表面張力、泡沫。蒸發(fā)部分液相分子在一定溫度下轉(zhuǎn)換為氣相分子；蒸餾液體分子蒸發(fā)后，部分氣相分子凝結(jié)為液相分子。液液界面：乳液、界面張力。乳液兩不互溶液體相互接觸時，一相的微滴分散在另一項的液體內(nèi)，微滴對光線發(fā)生漫射反射；界面張力互不相溶的兩相液體接觸界面上所特有的一種力。氣/固界面：氣體吸附、氣蝕、升華、灰塵、催化反應(yīng)、固體的分解。氣體吸附吸附劑吸收氣體的

4、一種作用；氣蝕如汽輪機(jī)的葉片，長期受噴射氣體的沖刷所發(fā)生的腐蝕；升華固體直接氣化的現(xiàn)象；灰塵固體的微粒懸浮于空氣中。液固界面：電解、高分子晶體、焊接、潤濕、接觸角、浮選、潤滑、催化。電解電極浸入電解液中通直流電后，發(fā)生的電解反應(yīng)；高分子膠體聚合物的微粒分散在水或其他介質(zhì)中，形成的膠體溶液；焊接如熔焊的焊錫（液體）焊接金屬（焊錫焊接冷卻后則是固/固界面）；潤濕液體在固體表面上鋪展開來。固固界面：焊接接頭、摩擦、磨損、合金、固相反應(yīng)。焊接接頭焊縫使兩固體被粘物牢固結(jié)合并成為一個整體；摩擦兩個固體相互接觸并相對移動的現(xiàn)象；磨損兩塊固體互相接觸并相對滑動時，表面層掉落下來成為磨屑，表面因此而發(fā)生的損失

5、；合金一種金屬的晶體分布在另一種金屬里；固相反應(yīng)兩種混合的固體，在一定條件下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。6、計算材料學(xué)從一個不同尺度范疇考慮界面性質(zhì)7、弛豫，結(jié)構(gòu)重構(gòu)的含義弛豫：原子核從激發(fā)的狀態(tài)恢復(fù)到平衡排列狀態(tài)的過程叫弛豫過程。它所需的時間叫弛豫時間。8、固體與固體的界面分為晶界、相界晶界：晶界是結(jié)構(gòu)相同而取向不同晶粒之間的界面。相界：由結(jié)構(gòu)不同或結(jié)構(gòu)相同而點陣參數(shù)不同的兩塊晶體相交接而形成的界面。9、根據(jù)原子排列結(jié)構(gòu)差別，相界分為共格、半共格、非共格（1）共格界面：兩晶相具有相同的原子分布方式及相近的原子間距，兩相的晶格在界面上能夠相互銜接，一一對應(yīng)，以致晶界兩側(cè)的點陣越過界面是連續(xù)的，這種界面稱為

6、共格界面。（2）半共格界面：界面兩側(cè)的晶體點陣的對應(yīng)晶面的面間距存在一定差異，兩側(cè)的晶體點陣具有連續(xù)性但每隔一定距離需要產(chǎn)生一個錯配位錯來容納晶面間距差異的界面。（3）非共格界面：界面兩側(cè)的晶體點陣完全不存在連續(xù)性的界面。10、界面結(jié)合五種類型1）機(jī)械結(jié)合。材料在結(jié)合面之間的機(jī)械嚙合，機(jī)械嚙合作用越強(qiáng)，界面結(jié)合力越大，特別是界面剪切強(qiáng)度增加幅度更大。2）靜電作用結(jié)合。結(jié)合面帶有的異性電荷產(chǎn)生靜電作用，使界面結(jié)合強(qiáng)度增加，結(jié)合力取決于電荷量。3）化學(xué)結(jié)合。材料在結(jié)合面之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，形成界面原子間的化學(xué)鍵結(jié)合?；瘜W(xué)結(jié)合強(qiáng)度取決于鍵的類型和單位面積鍵的數(shù)量。（4）界面擴(kuò)散結(jié)合。在一定條件下，材料

7、在結(jié)合面處發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象，形成擴(kuò)散結(jié)合。（5）界面化學(xué)反應(yīng)。材料在結(jié)合面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新相。11、界面缺陷類型12、界面研究的意義第一章晶體界面的基礎(chǔ)知識（1）晶體:規(guī)則結(jié)構(gòu)，分子或原子按一定的周期性排列。長程有序性，有固體的熔點。E.g.水晶、巖鹽。2）非晶體：非規(guī)則結(jié)構(gòu)，分子或原子排列沒有一定的周期性。短程有序性，沒有固定的熔點。玻璃、橡膠。（3）準(zhǔn)晶體：有長程的取向序，沿取向序的對稱軸方向有準(zhǔn)周期性，但無長程周期性。2、晶體宏觀性質(zhì)1）周期性：從原子排列的角度來講（均一性一一從宏觀理化性質(zhì)的角度來講）；2）宏觀對稱性；3）各向異性和解理性。例如，云母的解理性；4）固定的熔點。3、晶體結(jié)構(gòu)

8、及配位數(shù)（配位數(shù)：一個原子周圍最近鄰原子的數(shù)目）面心立方堆積，排列方式：ABCABC，,（立方密堆積）配位數(shù)：fcc的配位數(shù)為12。典型晶體：Cu、Ag、Au、CaSr、Al密排六方堆積，排列方式：ABABAB一（六方密堆積）配位數(shù)：hcp的配位數(shù)為12。典型晶體：BsMgZn、CdTi體心立方堆積，對于體心立方（bcc）配位數(shù)為8。4、晶相、晶面及表達(dá)方式（1）布拉伐格子的格點可以看成分列在一系列相互平行的直線系，這些直線系稱為晶列。每一個晶列定義了一個方向，稱為晶向。如果從一個原子沿晶向到最近的原子的位移矢量為：則晶向就用11、12、13來標(biāo)志，寫成111213,稱為晶向指數(shù)晶面一一晶體內(nèi)

9、三個非共線結(jié)點組成的平面。通常用密勒指數(shù)來標(biāo)：（確定米勒指數(shù)的步驟）1）選任一結(jié)點為原點，作一、一、一的軸線。2）求出晶面族中離原點最近的第一個晶面在一、一、一軸上的截距3）將、取倒數(shù)并化為互質(zhì)整數(shù)h、k、l,則（h,k,l）即為密勒指數(shù)。5、立方晶系中存在底心立方結(jié)構(gòu)嗎？為什么？底心立方可以連成更小的簡單立方6、在正方晶系中有沒有底心正方、面心正方？底心正方一簡單正方、面心正方一體心正方7、在立方晶系中標(biāo)出晶面、晶向指數(shù)（略）8、晶界與界面的化學(xué)組成解析過去，作為測定晶界與界面的化學(xué)組成方法主要用俄歇（AE9電子分光、次級離子質(zhì)譜法（SLMSS及AEM-EDS勺局部分析法。AES和SIMS作

10、為研究物質(zhì)表面附近的化學(xué)組成手段被廣泛運用，但因其空間分辨率不足，用來分析晶界-界面。掃描電子顯微鏡的成像原理和光學(xué)顯微鏡或透射電子顯微鏡不同，它是以電子束作為照明源，把聚焦得很細(xì)的電子束以光柵狀掃描方式照射到試樣上，產(chǎn)生各種與試樣性質(zhì)有關(guān)的信息，然后加以收集和處理從而獲得微觀形貌放大像。9、界面參數(shù)晶體晶格點位置關(guān)系；化學(xué)組成；方位關(guān)系；不同晶體結(jié)構(gòu)；不同結(jié)合性質(zhì)等。10、晶體缺陷按其作用范圍可分為：點缺陷：在三維空間各方向上尺寸都很小的缺陷。如空位、間隙原子、異類原子等。線缺陷：在兩個方向上尺寸很小，而另一個方向上尺寸較大的缺陷。主要是位錯。面缺陷：在一個方向上尺寸很小，在另外兩個方向上尺

11、寸較大的缺陷。如晶界、相界、表面等。11、位錯的基本類型(1)刃型位錯(2)螺型位錯(3)混合位錯12、位錯的增殖機(jī)制主要有三種機(jī)制：弗蘭克-里德位錯源(Frank-Readsource)機(jī)制、雙交滑移增殖機(jī)制，和攀移增殖機(jī)制。第二章材料界面形成過程發(fā)生浸潤的條件(1)潤濕是固液界面上的重要行為。固液接觸后，體系吉布斯自由焓降低時就稱為潤濕。按潤濕程度分類：附著潤濕、鋪展?jié)櫇?、浸漬潤濕浸漬潤濕指固體浸入液體中的過程。(1)若丫SV丫SL,則090o,浸漬潤濕過程將自發(fā)進(jìn)行，此時AG0(2)若丫SV90o，要將固體浸入液體之中必須做功，此時AG0潤濕與液滴的形狀(A)潤濕，090o(C)完全潤濕

12、，8=0,液體鋪開2、黏著功公式指測定時存在的各相之間的界面能4、復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)表征5、金屬基復(fù)合材料界面優(yōu)化技術(shù)6、金屬基復(fù)合材料界面成分變化：基體合金和增強(qiáng)體不可避免地發(fā)生不同程度的界面反應(yīng)和元素擴(kuò)散作用，界面反應(yīng)和反應(yīng)程度決定界面結(jié)構(gòu)和特性，主要行為：（1）增強(qiáng)了金屬基體與增強(qiáng)體界面結(jié)合強(qiáng)度；（2）產(chǎn)生脆性界面反應(yīng)產(chǎn)物；（3）造成增強(qiáng)體損傷和改變基體成分。7、金屬基復(fù)合材料界面反應(yīng)程度可分為弱界面反應(yīng)、中等程度界面反應(yīng)、強(qiáng)界面反應(yīng)。第三章材料界面的制備技術(shù)1、接合機(jī)制（1）物理機(jī)制：如物理吸附、機(jī)械力嵌合等。其主要影響因素為界面能、環(huán)境及保護(hù)氣氛、被接合物質(zhì)的表面質(zhì)量等。降低異類物質(zhì)的

13、界面能可以改善浸潤和吸附現(xiàn)象（2）化學(xué)機(jī)制;典型的有化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散。提高溫度，有助于促進(jìn)同類或異類物質(zhì)固、液相之間的化學(xué)反應(yīng)，使固相向固相或固相向液相的反應(yīng)得以更順利進(jìn)行，從而增強(qiáng)了浸潤和接合的效果，使接合界面保持最理想的性能。影響因素多，常將位于接合區(qū)域的物質(zhì)之間的電子換位、元素的氧化還原反應(yīng)等因素結(jié)合起來考慮，此外陰電性對接合狀態(tài)的影響也不容忽視。2、常規(guī)制作方法（1）機(jī)械嵌合（2）固相擴(kuò)散接合（3）壓接（4）摩擦焊（5）反應(yīng)接合方式：A）氣體-金屬共晶反應(yīng)接合B）固體相互反應(yīng)工藝C）活度金屬法D）使用貴金屬作中間層；（6）電壓接合法（7）微波加熱結(jié)合（陶瓷-陶瓷接合體）（8）熔化焊接（9

14、）超高真空壓焊（10）超聲波接合（11）離子注入法（12）金屬化（13）共晶接合法3、導(dǎo)致界面偏析的主要因素（1）表面存在過剩自由能（表面張力）；（2）具有與氧的親和性（3）向合金的表面擴(kuò)散速度與體積擴(kuò)散速度之差。這些因素又取決于溫度、平衡與非平衡條件4、實驗結(jié)果的分析方法第四章材料界面形成過程的物理化學(xué)反應(yīng)1、了解Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4陶瓷與金屬的接合反應(yīng)及浸潤性2、復(fù)合材料界面反應(yīng)的種類及其所起的作用第八章晶體界面的行為與物理化學(xué)諸現(xiàn)象1、晶界遷移的驅(qū)動力：變形儲存能、界面曲率變形儲存能：對于冷變形的晶體，即晶界遷移的驅(qū)動力為冷變形晶體內(nèi)部的儲存能。界面曲率（非變形狀態(tài)）

15、：彎曲的曲面存在界面張力，產(chǎn)生向心的法向力，使界面趨于平直化。為達(dá)力學(xué)平衡，凹側(cè)單位面積上的壓力為dP,對圓柱面晶界遷移的影響因素：雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的影響：發(fā)生晶界吸附或偏聚時，降低遷移率，形成對晶界遷移的拖曳作用。溫度：晶界擴(kuò)散系數(shù)隨溫度升高成指數(shù)關(guān)系增加，故晶界遷移率明顯增大。晶粒位相差：晶界的晶粒取向差小，遷移率低。大角度晶界具有較大遷移率（原子擴(kuò)散系數(shù)大）第二相粒子:阻礙晶界運動，晶界脫離第二相顆粒的遷移是系統(tǒng)能量提高的過程，產(chǎn)生晶界遷移的阻力釘扎作用2、晶體晶界移動度概念3、晶界是變形初期晶格位錯的發(fā)源地。4、鋼鐵材料中熔融金屬晶界破壞因素：組織結(jié)構(gòu)、合金化元素、溫度、應(yīng)力、變形速率、

16、晶界結(jié)構(gòu)、疊加效果5、納米材料所具備的基本效應(yīng)（1）尺寸效應(yīng)（2）量子效應(yīng)（3）界面效應(yīng)四大特點：尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子比例大四個方面應(yīng)用：（1）納米電子學(xué)（2）納米材料科學(xué)（3）納米生物學(xué)（4）納米醫(yī)學(xué)6、爆炸焊接過程形成的波形的振幅和周期可以通過調(diào)節(jié)3個主要的參數(shù)來控制：爆炸速度Vd、炸藥量、接合板之間的距離金屬射流作用：熔化袋的凝固特性主要依賴于組成接合偶的元素相互作用，相互作用分為三類：（1）兩種元素之間完全互溶，在這種條件下復(fù)合材料，力學(xué)性能與接合偶中較弱材料相當(dāng)或者更高（2）金屬間化合物的形成，一般這種化合物很脆，因而復(fù)合板材的力學(xué)性能比單個接合偶都要低（3）非常低

17、的互溶度，對材料的影響還不確定7、射流行成的3個條件：一是所有的情況下，不論碰撞點是以亞音速、音速或者是超音速的移動速度，在碰撞點之前時刻產(chǎn)生的壓力必須足夠大，超過被接合金屬材料的彈性極限，以確保金屬表面的變形和射流相匹配。二是如果碰撞點移動速度保持亞音速，從理論上講射流在任何碰撞角都會出現(xiàn)。但是實際上，仍需要保持一個最小的臨界角，以滿足所需的接合壓力。三是如果碰撞點的速度保持超音速，射流只有在高于某一個臨界角的情況下產(chǎn)生，這個臨界角強(qiáng)烈地依賴于所接合的金屬體系和碰撞點的速度。8、爆炸接合界面的晶粒細(xì)化區(qū)域包括熔化層和塑性變形層熔化層是由接合偶材料組成的金屬射流凝固后獲得的。一般分布不連續(xù)，由

18、于熔化時與接合偶之間存在較大的溫度差，凝固速度較快，所以晶粒細(xì)小。塑性變形區(qū)是爆炸焊接合時覆板和基板碰撞引起的塑性流動造成的，塑性變形區(qū)中越靠近接合界面，變形越大，晶粒越細(xì)小。爆炸接合過程中界面射流帶來的溫度的變化對界面的晶粒尺寸有決定作用。9、對于C/Mg-Al復(fù)合材料界面優(yōu)化途徑（兩個）、界面作用途徑：（1）改變基體中鋁的含量和碳纖維的類型來控制（2）對于混合的鎂合金組件，基體鋁合金比須更高10、SiCp/Al復(fù)合材料界面優(yōu)化措施11、超晶格固溶體發(fā)生有序化轉(zhuǎn)變后不同種原子在晶格中呈有秩序排列的晶體結(jié)構(gòu)。12、超晶格分類：（1）組合超晶格：在超晶格結(jié)構(gòu)中，如果超晶格的重復(fù)單元是由不同半導(dǎo)體材料的薄膜堆垛而成的叫做組分超晶格；（2）摻雜超晶格：在同一種半導(dǎo)體中，用交替地改變摻雜類型的方法做成的新型人造周期性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的材料：（3）應(yīng)變超晶格；（4）其他13、溶膠-凝膠法概念及原理；幾個工藝過程：制備-轉(zhuǎn)化-干燥基本原理：將酯類化合物或金屬醇鹽溶于有機(jī)溶劑中，形成均勻的溶液，然后加入其他組分，在一定溫度下反應(yīng)形成凝膠，最后經(jīng)干燥處理制成產(chǎn)品。14、溶膠-凝膠法的優(yōu)缺點優(yōu)點：（1）由于溶膠凝膠法中所用的原料首先被分散到溶劑中而形成低粘度的溶液，因此，就可以在很短的時間內(nèi)獲得分子水