表面結(jié)構(gòu)與表面能

1、關(guān)于表面結(jié)構(gòu)和表面能第一張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月薄膜生長第二張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月遲豫和再構(gòu)第三張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月O2在Pt表面的分解過程示意圖表面催化第四張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月LaAlO3La0.7Ca0.3MnO3固體薄膜：在襯底材料表面生長的，在x-y平面方向無限而在z方向是比較小的固體材料。薄膜生長是發(fā)生在表面的物理/化學(xué)過程，表面和（與襯底的）界面結(jié)構(gòu)對薄膜的性質(zhì)有重大影響。第五張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第六張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第七張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于202

2、2年6月第八張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月14種點(diǎn)陣七種晶系：三斜：a b c, 單斜：a b c, = =90o, 90o正交：a b c, = = = 90o三方：a=bc, = 90o, = 120o四方：a=b c, = = = 90o六方：a=bc, = = 90o, = 120o立方：a=b=c, = = = 90o第九張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月面心立方晶格 立方體的頂點(diǎn)到三個(gè)近鄰的面心引三個(gè)基矢 原胞中只包含一個(gè)原子基矢原胞體積基礎(chǔ)知識第十張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3) 體心立方晶格由立方體的中心到三個(gè)頂點(diǎn)引三個(gè)基矢 原胞中只包含一個(gè)原

3、子基矢原胞體積基礎(chǔ)知識第十一張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月復(fù)式晶格：包含兩種或兩種以上的等價(jià)原子1) 不同原子或離子構(gòu)成的晶體NaCl 、 CsCl 、ZnS等 基礎(chǔ)知識第十二張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2) 相同原子但幾何位置不等價(jià)的原子構(gòu)成的晶體金剛石結(jié)構(gòu)的C、Si、Ge六角密排結(jié)構(gòu)Be、Mg、Zn基礎(chǔ)知識第十三張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月CsCl的復(fù)式晶格基礎(chǔ)知識第十四張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月ZnS的復(fù)式晶格基礎(chǔ)知識第十五張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月鈦酸鋇（BaTiO3）的復(fù)式晶格BaTiO3的晶格 由 Ba、 Ti

4、和 OI、 OII、 OIII各自組成的簡立方結(jié)構(gòu)子晶格（共5個(gè)）套構(gòu)而成基礎(chǔ)知識第十六張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月復(fù)式晶格的原胞 相應(yīng)簡單晶格的原胞，一個(gè)原胞中包含各種等價(jià)原 子各一個(gè)鈦酸鋇原胞可以取作簡單立方體包含：3個(gè)不等價(jià)的O原子1個(gè)Ba原子1個(gè)Ti原子 共五個(gè)原子簡單立方點(diǎn)陣基元（3個(gè)不等價(jià)的O原子，1個(gè)Ba原子，1個(gè)Ti原子）基礎(chǔ)知識第十七張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月晶體表面對稱性晶體表面結(jié)構(gòu) = 二維點(diǎn)陣 + 基元二維晶體的三種對稱操作：平移、旋轉(zhuǎn)以及滑移五種允許的旋轉(zhuǎn)操作與鏡面反映組合得到十個(gè)二維點(diǎn)群五種二維布喇菲晶格十七種對稱平面群第十八張，PPT

5、共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月二維表面結(jié)構(gòu)第十九張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月Gibbs idea of the dividing surface: Although the concentrations may vary in the neighborhood of the surface, we consider the system as uniform up to this ideal interface, while keep the total mass.第二十一張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十二張，PP

6、T共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月表面原子的配位數(shù)為7Miller指數(shù)第二十三張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十四張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月側(cè)視圖平面圖FCC(100)第二十五張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月Rotate 45o表面原子配位數(shù)為8 (12 for bulk)第二十六張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月表面原子配位數(shù)為9第二十七張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月側(cè)視圖平面圖第二十八張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月面心立方金屬(111)表面的不同吸附位Ni(111)-PF3/PF2/PF (頂位/橋位/空心位)第二十九

7、張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月側(cè)視圖平面圖FCC (210)第三十張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月密排次序：(111),(100),(110),(311),(331),(100)面下原子：(110)面下原子：(111)面下原子：表面各層原子的坐標(biāo)第三十一張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月面心立方金屬表面各層原子的配位數(shù)，斷鍵數(shù)，和表面原胞面積低指數(shù)面、高指數(shù)面DZ= Z-Z(0層) + Z-Z(1層) +Z-Z(2層)+第三十二張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月bcc金屬表面各層原子的位置1-10第三十三張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月BCC(1

8、11)側(cè)面第三十四張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3.423.583.213.463.793.2642.83Z/S2/2S88666442Z7Z(3層)7677Z(2層)666767Z(1層)44544546Z(0層)332210321111310211100110(hkl)體心立方金屬表面各層原子的配位數(shù)，斷鍵數(shù)，和表面原胞面積第三十五張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月hcp結(jié)構(gòu)表面各層原子的位置第三十六張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月hcp結(jié)構(gòu)表面各層原子的位置第三十七張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十八張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3

9、.1表面原子結(jié)構(gòu)第三十九張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1表面原子結(jié)構(gòu)第四十張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月金剛石結(jié)構(gòu)(110)第四十一張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月金剛石結(jié)構(gòu)(111)第四十二張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月金剛石結(jié)構(gòu)(001)第四十三張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月閃鋅礦ZnS結(jié)構(gòu)的（110）面第四十四張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十五張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月極性面和非極性面第四十六張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月http:/w3.rz-berlin.mpg.de/ramme

10、r/surfexp_prod/SXinput.html第四十七張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十八張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月Materials Studio是一個(gè)采用服務(wù)器/客戶機(jī)模式的軟件環(huán)境，擁有世界最先進(jìn)的材料模擬和建模技術(shù)，能夠容易地創(chuàng)建并研究分子模型或材料結(jié)構(gòu)，使用極好的制圖能力來顯示結(jié)果。與其它標(biāo)準(zhǔn)PC軟件整合的工具使得容易共享這些數(shù)據(jù)。 Materials Studio采用材料模擬中領(lǐng)先的十分有效并廣泛應(yīng)用的模擬方法。Accelrys的多范圍的軟件結(jié)合成一個(gè)集量子力學(xué)、分子力學(xué)、介觀模型、分析工具模擬和統(tǒng)計(jì)相關(guān)為一體容易使用的建模環(huán)境。卓越的建立結(jié)構(gòu)

11、和可視化能力和分析、顯示科學(xué)數(shù)據(jù)的工具支持了這些技術(shù)。 利用Materials studio來建立晶體及其表面第四十九張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月195第五十張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月高指數(shù)晶面或稱鄰晶面fcc(997)fcc(557)高指數(shù)晶面是由低指數(shù)晶面組成的第五十一張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月高米勒指數(shù)面標(biāo)記：m(hkl) x n(hkl)-uvw 或(hkl)偏向(hkl)多少度第五十二張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月表面的幾種結(jié)構(gòu)和缺陷 臺面是表面的完整部分 臺階 是臺面之間的交界 扭折是臺階上形成的缺陷 增原子 是臺面上的單原

12、子 空位 是臺面上缺乏的單原子各種表面缺陷的配位數(shù)，斷鍵數(shù)？第五十三張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月表面的增原子和原子空位Si(100)表面. 6個(gè)臺階 ( 150 nm x 150 nm )第五十四張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十五張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月金剛石表面能的估算：第五十六張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月金剛石晶胞的晶格常數(shù)為0.3560 nm 。以(111)為解理面則每邊長為晶胞對角線的二分之一，即 ：(0.3560/2 1/2) 0.2517 nm四邊形的面積為：0.25172x31/2/20.05487 nm2, 則每平方

13、厘米面積上有1.827x1015個(gè)原子，即斷鍵數(shù)。 由金剛石晶胞的鍵能為376.6 kJ mol-1 以(111)為解理面截?cái)嗟逆I能總和為：(J m-2)第五十七張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月以(111)為解理面0K溫度時(shí)金剛石的表面能為：(J m-2)以(100)為解理面時(shí)將打斷每個(gè)原子的兩條鍵每平方厘米面積上有1.58x1015個(gè)原子(J m-2)表面能為：(J m-2)表面能與晶體表面取向有關(guān)！ 第五十八張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月晶體表面能各向異形與Wulff圖dsds1ds2第五十九張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月晶體表面能各向異性的Wulff圖。

14、 (a),(b)二維正方晶體的a隨q的變化；(c)三維立方晶體；(d)考慮次近鄰后的結(jié)果第六十張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月晶體外形的一般定則：在Wulff圖的每一個(gè)方向線段端點(diǎn)上作垂直線段的平面，這些平面的內(nèi)包絡(luò)面是晶體的平衡外形。某個(gè)面穩(wěn)定與否的判據(jù)：最穩(wěn)定表面 (表面能最低）: 具有高原子密度 具有高配位數(shù)(低斷鍵數(shù))第六十一張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第六十二張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月結(jié)合能是使固體束縛的原子間相互作用能量，它的大小與升華熱（固體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w）或氣化潛熱（液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w）幾乎相同。（可測量量）升華熱對應(yīng)于將原子由體內(nèi)移出需要的能量

15、斷鍵數(shù)表面能對應(yīng)于截?cái)嘤嘘P(guān)鍵能，產(chǎn)生兩個(gè)新表面需要的能量斷鍵數(shù)從升華熱估算表面能使用最近鄰相互作用近似，固體的結(jié)合能和升華熱與配位數(shù)有關(guān)。 六角結(jié)構(gòu)(hcp)和面心結(jié)構(gòu)(fcc)的配位數(shù)為12，升華潛熱對應(yīng)于切斷12條使固體束縛的相互作用能量。 表面能與升華熱的關(guān)系第六十三張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月結(jié)合能 ，升華潛熱 其中 是勢能極小值 應(yīng)該為以(111)為解理面時(shí)，12個(gè)最近鄰原子中有3個(gè)鍵被打破并新建立兩個(gè)表面。 單位面積的表面能應(yīng)為 因此，每個(gè)原子的表面能和升華潛熱之比應(yīng)該為0.25。 金(Au)的固汽表面能為1400 (erg/cm2)，蒸發(fā)潛熱為60 (kcal/mo

16、l)，則每個(gè)原子的表面能和升華潛熱之比為0.24銅(Cu)的固汽表面能為1700 (erg/cm2)，蒸發(fā)潛熱為73.3 (kcal/mol)，則每個(gè)原子的表面能和升華潛熱之比為0.22第六十四張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月表面弛豫和再構(gòu)理想低米勒指數(shù)清潔表面理想高米勒指數(shù)清潔表面實(shí)際清潔表面實(shí)際吸附表面弛豫和再構(gòu)（離子鍵、共價(jià)鍵）TLK金屬鍵第六十五張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月系統(tǒng)穩(wěn)定要求dF=0，所以在恒定T，V的條件下或第六十六張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月g(hkl)A(hkl)降低表面積優(yōu)先裸露低表面能的面改變表面結(jié)構(gòu)以降低表面能表面弛豫表面再構(gòu)

17、第六十七張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月弛豫 (Relaxation)第六十八張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月再構(gòu) (Reconstruction)第六十九張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月再構(gòu)表面和吸附表面的標(biāo)記ababq第七十張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十一張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月Takayanagi et al. 1985第七十二張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十三張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月位錯(cuò)線第七十四張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十五張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月

18、2 inch Si wafer100nmx100nm27nmx27nmSi(111)-7x7上的Al納米團(tuán)簇的有序陣列第七十六張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十七張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月側(cè)視圖俯視圖未再構(gòu)缺列再構(gòu)第七十八張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月相對穩(wěn)定的表面, 表面經(jīng)常吸附H,H可以用電子束剝離(比如STM探針)Si(001) - 2x1第七十九張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月A-stepB-step第八十一張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月GaAs(110)理想/馳豫表面第八十二張，PPT共八十六頁，創(chuàng)作于2022年6月表面再構(gòu)隨溫度的變化The surface structure observed will be the lowest free-energy structure kinetically accessible under the preparation conditions.Ge(111)-2x1 c(2x8) 退火Si(111)-2x1 7