(整理)中科院大学固体表面物理化学笔记——Jeveels.

中科院—中科大《物理化学》考研笔记2004年中科院—中科大《物理化学》考研笔记2004年中科院—中科大《物理化学》考研笔记第一章热力学第一定律二、热力学平衡n 如果体系中各状态函数均不随时间而变化，我们称体系处于热力学平衡状态。

严格意义上的热力学平衡状态应当同时具备三个平衡：2. 机械平衡：n 体系的各部分之间没有不平衡力的存在，即体系各处压力相同。

§2、热力学第一定律n 对于宏观体系而言，能量守恒原理即热力学第一定律。

n 热力学第一定律的表述方法很多，但都是说明一个问题¾ 能量守恒。

例如：一种表述为:n “第一类永动机不可能存在的”n 不供给能量而可连续不断产生能量的机器叫第一类永动机。

一、热和功热和功产生的条件：n 与体系所进行的状态变化过程相联系，没有状态的变化过程就没有热和功的产生。

符号表示：n 功W：体系对环境作功为正值，反之为负值。

n 热Q：体系吸热Q为正值，反之Q为负值。

二、热力学第一定律的数学表达式DU = Q－W （封闭体系）如果体系状态只发生一无限小量的变化，则上式可写为：dU = dQ－dW （封闭体系）例1：设有一电热丝浸于水中，通以电流，如果按下列几种情况作为体系，试问DU、Q、W的正、负号或零。

（a）以电热丝为体系；（b）以电热丝和水为体系；（c）以电热丝、水、电源和绝热层为体系；（d）以电热丝、电源为体系。

解答： DU Q W（a） + －－（b） + －－（c） 0 0 0（d）－－ 0三、膨胀功（体积功）：Wen 功的概念通常以环境作为参照系来理解，微量体积功dWe可用P外×dV表示： dWe = P外×dV 式中P外为环境加在体系上的外压，即环境压力P环。

n 不同过程膨胀功：u （1）向真空膨胀We = P外×DV = 0u （2）体系在恒定外压的情况下膨胀We = P外× DVu （3）在整个膨胀过程中，始终保持外压P外比体系压力P小一个无限小的量 dP此时，P外= P－dP，体系的体积功：W e =∫V1V2 P外·dV =∫V1V2 （P－dP）dV= ∫V1V2 P dV此处略去二级无限小量dP·dV，数学上是合理的；即可用体系压力P代替P外。

E C导带底的能量N C导带的有效状态密度n0导带的电子浓度n i本征载流子浓度E.本征费米能级E n F电子准费米能级E V导带底的能量N V价带的有效状态密度p0价带的电子浓度E g=E C—E V禁带宽度E费米能级E p F空穴准费米能级N D施主浓度n D施主能级上的电子浓度E D施主能级n+D电离施主浓度N A受主浓度P A受主能级上的空穴浓度word格式-可编辑-感谢下载支持固体物理与半导体物理符号定义：半导体基本概念：满带：整个能带中所有能态都被电子填满。

空带：整个能带中完全没有电子填充；如有电子由于某种原因进入空带，也具有导电性，所以空带也称导带。

导带：整个能带中只有部分能态被电子填充。

价带：由价电子能级分裂而成的能带；绝缘体、半导体的价带是满带。

禁带：能带之间的能量间隙，没有允许的电子能态。

1、什么是布拉菲格子?答：如果晶体由一种原子组成，且基元中仅包含一个原子，则形成的晶格叫做布拉菲格子。

2、布拉菲格子与晶体结构之间的关系？答：布拉菲格子+基元=晶体结构。

3、什么是复式格子?复式格子是怎么构成?答：复式格子是基元含有两个或两个以上原子的晶格(可是同类、异类)；复式格子由两个或多个相同的布拉菲格子以确定的方位套购而成。

4、厡胞和晶胞是怎样选取的？它们各自有什么特点？答：厡胞选取方法：体积最小的周期性(以基矢为棱边围成)的平行六面体,选取方法不唯一，但它们体积相等，都是最小的重复单元。

特点：(1)只考虑周期性，体积最小的重复单元；(2)格点在顶角上，内部和面上没有格word格式-可编辑-感谢下载支持点；（3）每个原胞只含一个格点。

⑷体积：o=a.（a x a）；（5）原胞反映了晶格的周期性，123各原胞中等价点的物理量相同。

晶胞选取方法：考虑到晶格的重复性，而且还要考虑晶体的对称性，选取晶格重复单元。

特点：（1）既考虑了周期性又考虑了对称性所选取的重复单元。

（体积不一定最小）；（2）体心或面心上可能有格点；（3）包含格点不止一个；（4）基矢用a，b，3表示。

表面物理第一章：引言第二章：表面原子结构第三章：低能电子衍射LEED与反射高能电子衍射RHEED第四章：扫描探针显微镜SPM第五章：表面电子态第六章：俄歇电子能谱AES第七章：X射线光电子能谱XPS第八章：紫外光电子能谱UPS●第一章：引言1.均匀块体与外部真空（其实未必是真空）之间的，固体的最外几个原子层组成的过渡层叫做表面。

2.表面包括2-~10层原子，几nm。

3.表面与块体的不同：不同组成、不同原子结构、不同电子性质等。

4.表面积体积比D：尺度越小表面影响越大。

5. microwrold:10-4~10-6mnanoworld:10-7~10-9m6.表面弛豫：纵向原子层重组表面重构：横向原子重组。

7.表面键的不同导致体能带能隙中的表局域电子态。

8.表面物理研究对象：表面形貌、表面组分、表面原子结构、表面电子结构。

表面吸附与去吸附、表面振动。

9.表面原子结构主要研究手段：电子衍射、STM。

非直接：LEED、RHEED、PES 直接：TEM(透射电子显微镜)、STM、AFM。

10.表面组分主要研究对象：确保表面洁净、表面偏析、表面吸附等。

表面组分主要研究手段：AES、XPS。

低浓度样品可用二次离子质谱SIMS。

11.表面电子态包括本征的（悬键）与非本征的（表面缺陷等）。

表面电子态影响表面吸附。

化学反应等。

在半导体异质结中决定费米能级钉扎、裁剪肖特基势垒并影响异质结面的带结构。

12.表面吸附：物理吸附（弱键）、化学吸附（强键）TPD（程序升温脱附法）可用来研究表面吸附与去吸附。

UPS可用来研究表面吸附，确定是联合吸附还是游离吸附。

13.14.从外至内：俄歇电子、二次电子、X射线荧光。

15.电子平均自由程：非弹性碰撞前行走的距离，取决于电子动能。

平均自由程在50~100eV范围最小，高能低能两端都增大（非弹性散射主要是电子与固体中电子作用而非电声作用。

高能端速度大，与固体中电子碰撞时间短，非弹性碰撞几率小，自由程大。

固体物理学基础晶体的表面与界面物理晶体是物质排列有序的固态结构，其内部的原子排列具有周期性重复的特征。

然而，固体晶体与外界环境之间的接触面即表面以及晶体与其他晶体之间的界面却展现出了特殊的物理性质，这是固体物理学中一个重要而广泛研究的课题。

1. 表面物理学表面是固体晶体与外界环境相接触的区域，它通常由表层原子构成。

与晶体内部相比，表面的原子排列更加松散，结构更不规则。

这导致了表面物理性质与晶体内部的差异。

1.1 表面能和表面形貌表面能是表征表面性质的重要参数。

它反映了表面原子对外界作用力的敏感程度以及表面原子间的相互作用强度。

表面能的大小直接影响着固体的表面现象，如润湿性、吸附性等。

另外，表面形貌也是表面物理学中的一个重要研究内容。

表面的形貌与固体晶体的生长、晶体结构有着密切的关系，对材料的性能和应用也具有重要影响。

1.2 表面电子结构和局域态相比于晶体内部的电子能级结构，表面区域的电子结构发生了较大的变化。

表面态和界面态的存在使得表面与界面成为固体中电子输运的重要通道。

此外，表面和界面常常会导致电子的局域化现象，形成局域态。

研究表面电子结构和局域态对于理解固体物理学中的许多现象至关重要。

2. 界面物理学界面是两个不同材料的接触面，其中至少有一个为固体晶体。

界面的形成和性质对于多个领域都有着重要的影响，如材料科学、纳米科技等。

2.1 界面的结构和性质界面的结构与性质主要受到相邻材料的晶体结构、材料相互作用等因素的影响。

不同材料之间存在界面能的差异，使得界面呈现出独特的物理化学性质。

界面的结构和性质研究为杂质控制、界面反应等提供了重要的理论依据。

2.2 界面电子结构和界面态界面的形成会导致局部晶格的扭曲和变形，进而影响到界面区域的电子结构。

活化能的变化会造成界面电荷重排和界面电子态的形成。

界面电子态的研究对于解析电子在材料界面上的行为以及界面的电子传输机制具有重要意义。

总结：固体物理学基础晶体的表面与界面物理是对固体晶体内部性质之外的重要研究课题。

1热力学基础1.表面物化是以不均匀体系内相与相的界面上发生的物理化学变化规律及体相与表面的柑互影响关系为研究对象；（界面热力学，界面过程动力学，界面结构）2.界面是相与相之间的交界所形成的三维物理区域；3.界而分类：固气，固液，固固，液液，液气：4.习惯上称凝聚态物质相对其纯气相的界面称为表面：5.衣面张力产生的原因：因界面柑内质点哽力不均匀；内压：由于界面相内质点受力不均匀致界面上受指向液体内部且垂直于界面的引力，单位面枳上的这种引力叫内压：6.表面张力：设想在液滴上画一圆周作分界边缘，边缘两侧，沿着表面的切线方向应有垂直于边缘的收缩引力在作用，单位长度上的这种收缩引力叫界面张力；7.表面张力与内压产生的原因相同，形式不同；8.表而Gibbs函是由于增大表面时外界克服衷面张力对体系作功：等温、等压、组成不变条件卞，体系的Gibbs函对表面的积的偏微分等于表面张力；也称表面张力为比表面Gibbs 函;9.G （体柑+表面相整个体系）=（将构成体系的所右质点当作内部质点）+G Y（把内部质点拉向表形成表面相时，外界做的功）；10.温度升高表面张力卞降，从分子运动观点看，这是由于温度上升时液体内分子的热动力加剧，分子间距离增人，密度减少，从而减弱了对表面分子的引力；而气相因温度增加，密度反而增人，因此增加了对表面分子的引力，两种效应都使引力差减小，因而表面张力下降，当温度升高到临界温度时，气液两相密度相等，界而消失，表面张力等于0：11.关于压力对表面张力的影响数据很少，只能从偏微分中的固定条件看其影响关系：12.影响表面张力的其它影响：构成体相质点间相互作用力不同是内因，所接触气相本性不同，少量杂质也有很人的影响；物性：13.无厚表面相模型认为表面相体积为0：等温吸附量可正、町负，也可为0 （这于所选的界面位置有关）14.Gibbs吸附公式：15.有厚表面相模羽中等混吸附呂不小于0：16.两种模型的关系：吸附量之间的关系；一致性：rtlG-D方程可推出，表面张力的数值成表面相的位置无头17.弯曲表面的平衡条件：热平衡、力平衡、相间化学势平衡、化学反应平衡；18.热平衡：T«=T Y=TP'19.化学反应平衡（若有）：20.力平衡与平面的情况不同的是两相间的压力不相等：弯曲界面两相间的压力差与表面张力仃关；实例：空气中水滴（液相压力比气相大，液滴曲率半径大于0）;液体中气泡（气相压力比液相大，液体的曲率半径小于0）21.化学势平衡与平面不同的是：H a=pv, p a（ T, P® ）=卩0 （T, PP）, pa （T, P） nfepp （T, P）,22.有不溶物表面力平衡：云母片两侧分别是水膜和有机膜，由于水面表面张力人，且指向水那一侧，故云母片被拉向水那i侧：23.界而品种:两个不同体相构成的界面即为一个界面品种：无论有几个表面相，只要它们同处在构成界面的两个体相不变的一种界面上，称此界面是同品种的。

《固体物理学》读书笔记认真读完一本名著后，相信大家都增长了不少见闻，何不写一篇读书笔记记录下呢？那么我们如何去写读书笔记呢？下面是作者为大家整理的《固体物理学》读书笔记600字内容，仅供参考，希望能够帮助到大家。

《固体物理学》读书笔记 1罗素认为，哲学是介于神学与科学之间的东西。

人类自脱离动物界以来，一直借以这三种方式探索自然和人类本身的奥秘。

在科学中，物理学是最基础的学科，它与哲学的渊源最深，它研究的是自然界的物质结构以及物质运动的最基本的规律。

固体物理学又是物理学中研究固体材料宏观性质和微观过程的重要分支。

固体材料可分为晶体、非晶体和介于两者之间的准晶体。

在自然界的矿物中，晶态物质占到98％以上。

理想晶体中原子排列十分规则，主要是原子排列具有周期性（或称为长程有序），这种排列的具体形式又称为晶格，按宏观对称性，世界丰富的晶体类型分属于十四种晶格。

但物质并不是理想中的完美，实际的晶体中总是存在着各种缺陷，影响着晶体的性质。

格点是晶体中原子的平衡位置，由于热性质原子会在格点附近做微小振动。

晶格振动的研究对固体材料宏观性质和微观过程的研究有着重要作用，但固体中大量的`粒子之间存在着很强的相互作用，使晶格振动成为一个复杂的多体问题，很难严格求解器运动状态。

具有能量但不具有质量的准粒子——声子的引入，对描述晶格振动起到了简化的作用：可以用声子数来描述简正振动运动的量子态；可以用声子数的变化，来描述简正振动量子态之间的跃迁；可以用声子间的相互碰撞来描述非简谐作用。

非晶体原子排列不具有长程有序，但任具有一定规则，称为短程有序。

准晶体是固体研究的一个新领域。

《固体物理学》读书笔记 2在生活中，爱因斯坦是一个爱思索的人，有一次朋友请爱因斯坦喝茶，他用小勺搅了搅杯里的茶水，水慢慢转起来，茶叶随着水的转动转到了水杯的中心并开始聚拢在一起。

爱因斯坦看到了这个现象，开始思考起来，忘记了朋友，忘记了喝茶。

还有，爱因斯坦初到普林斯顿市，不熟悉那里的街道，在散步的时候又往往专心考虑问题，因此经常迷路，找不到自己的家。

胶体指的是具有很大比表面的分散体系。

对胶体和界面现象的研究是物理化学基本原理的拓展和应用。

界面现象应用。

主要有：1、吸附如用活性炭脱除有机物；用硅胶或活性氧化铝脱除水蒸汽；用分子筛分离氮气和氧气；泡沫浮选等。

2、催化作用在多相催化中使用固体催化剂以加速反应。

如石油工业的催化裂化和催化加氢、胶束催化等。

3、表面膜如微电子集成电路块中有重要应用的LB膜；在生物学和医学研究中有重要意义的BL膜和人工膜；能延缓湖泊水库水分蒸发的天然糖蛋白膜等。

4、新相生成晶核生成或晶体生长是典型的新相生成，过冷、过热、过饱和等亚稳现象产生的主要原因也是由于新相生成。

5、泡沫乳状液如油品乳化、破乳；泡沫灭火等。

6、润湿作用如喷洒农药、感光乳液配制、电镀工件的润湿及利用润湿作用进行浮选等。

此外，在超细粉末和纳米材料的制备和粉末团聚的研究方面，界面现象都有重要的应用。

在一个非均匀的体系中,至少存在着两个性质不同的相。

两相共存必然有界面。

可见，界面是体系不均匀性的结果。

一般指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。

（严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。

）常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。

常用于处理界面的模型有两种：1，古根海姆（Guggenheim）模型。

其处理界面的出发点是：界面是一个有一定厚度的过渡区，它在体系中自成一相—界面相。

界面相是一个既占有体积又有物质的不均匀区域。

该模型能较客观地反映实际情况但数学处理较复杂。

2，吉布斯（Gibbs）的相界面模型。

该模型认为界面是几何面而非物理面，它没有厚度，不占有体积，对纯组分也没有物质存在。

该模型可使界面热力学的处理简单化。

比表面通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表面积。

固体物理重要知识点总结晶体：是由离子，原子或分子（统称为粒子）有规律的排列而成的，具有周期性和对称性非晶体：有序度仅限于几个原子，不具有长程有序性和对称性点阵：格点的总体称为点阵晶格：晶体中微粒重心，周期性的排列所组成的骨架，称为晶格格点：微粒重心所处的位置称为晶格的格点（或结点）晶体的周期性和对称性：晶体中微粒的排列按照一定的方式不断的做周期性重复，这样的性质称为晶体结构的周期性。

晶体的对称性指晶体经过某些对称操作后，仍能恢复原状的特性。

（有轴对称，面对称，体心对称即点对称）密勒指数：某一晶面分别在三个晶轴上的截距的倒数的互质整数比称为此晶面的密勒指数配位数：可用一个微粒周围最近邻的微粒数来表示晶体中粒子排列的紧密程度，称为配位数致密度：晶胞内原子所占体积与晶胞总体积之比称为点阵内原子的致密度固体物理学元胞：选取体积最小的晶胞，称为元胞：格点只在顶角，内部和面上都不包含其他格点，整个元胞只含有一个格点：元胞的三边的平移矢量称为基本平移矢量（或者基矢）；突出反映晶体结构的周期性元胞:体积通常较固体物理学元胞大；格点不仅在顶角上，同时可以在体心或面心上；晶胞的棱也称为晶轴，其边长称为晶格常数,点阵常数或晶胞常数；突出反映晶体的周期性和对称性。

布拉菲格子：晶体由完全相同的原子组成，原子与晶格的格点相重合而且每个格点周围的情况都一样复式格子：晶体由两种或者两种以上的原子构成，而且每种原子都各自构成一种相同的布拉菲格子，这些布拉菲格子相互错开一段距离，相互套购而形成的格子称为复式格子，复式格子是由若干相同的布拉菲格子相互位移套购而成的声子：晶格简谐振动的能量化，以hv l来增减其能量，hv l就称为晶格振动能量的量子叫声子非简谐效应：在晶格振动势能中考虑了δ2以上δ高次项的影响，此时势能曲线能是非对称的，因此原子振动时会产生热膨胀与热传导点缺陷的分类：晶体点缺陷：①本征热缺陷：弗伦克尔缺陷，肖脱基缺陷②杂质缺陷：置换型，填隙型③色心④极化子布里渊区：在空间中倒格矢的中垂线把空间分成许多不同的区域，在同一区域中能量是连续的，在区域的边界上能量是不连续的，把这样的区域称为布里渊区爱因斯坦模型在低温下与实验存在偏差的根源是什么？答：按照爱因斯坦温度的定义，爱因斯坦模型的格波的频率大约为1013Hz，属于光学支频率，但光学格波在低温时对热容的贡献非常小，低温下对热容贡献大的主要是长声学格波，也就是说爱因斯坦没考虑声学波对热容的贡献是爱因斯坦模型在低温下与实验存在偏差的根源。

固体物理学习笔记固体物理学是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态及其相互关系的科学。

它是物理学中内容极丰富、应用极广泛的分支学科。

固体物理学是研究固体的性质、它的微观结构及其各种内部运动，以及这种微观结构和内部运动同固体的宏观性质的关系的学科。

固体的内部结构和运动形式很复杂，这方面的研究是从晶体开始的，因为晶体的内部结构简单，而且具有明显的规律性，较易研究。

以后进一步研究一切处于凝聚状态的物体的内部结构、内部运动以及它们和宏观物理性质的关系。

这类研究统称为凝聚态物理学。

固体通常指在承受切应力时具有一定程度刚性的物质，包括晶体和非晶态固体。

简单地说，固体物理学的基本问题有：固体是由什么原子组成？它们是怎样排列和结合的？这种结构是如何形成的？在特定的固体中，电子和原子取什么样的具体的运动形态？它的宏观性质和内部的微观运动形态有什么联系？各种固体有哪些可能的应用？探索设计和制备新的固体，研究其特性，开发其应用。

新的实验条件和技术日新月异，为固体物理不断开拓出新的研究领域。

极低温、超高压、强磁场等极端条件、超高真空技术、表面能谱术、材料制备的新技术、同步辐射技术、核物理技术、激光技术、光散射效应、各种粒子束技术、电子显微术、穆斯堡尔效应、正电子湮没技术、磁共振技术等现代化实验手段，使固体物理性质的研究不断向深度和广度发展。

由于固体物理本身是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础，也由于固体物理学科内在的因素，固体物理的研究论文已占物理学中研究论文三分之一以上。

同时，固体物理学的成就和实验手段对化学物理、催化学科、生命科学、地学等的影响日益增长，正在形成新的交叉领域。

固体物理对于技术的发展有很多重要的应用，晶体管发明以后，集成电路技术迅速发展，电子学技术、计算技术以至整个信息产业也随之迅速发展。

其经济影响和社会影响是革命性的。

这种影响甚至在日常生活中也处处可见。

第一章1.将分散相粒子的粒径在1~100 nm之间的系统称为胶体。

（1）分散相粒子的半径在1~100nm之间的系统，（2）胶体一般目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。

（3）不少教材认为胶体的范围是1~1000nm 之间。

总之，胶体不是胶，是一个混合物，胶体这个名称是被沿用下来的。

胶体是一个具有巨大相界面的分散体系2.影响胶体性质的重要因素:(1)质点大小（2）质点形状和柔顺性（3）表面性质（包括电学性质）（4）质点－质点之间的相互作用（5）质点－溶剂之间的相互作用。

3.胶体体系分类:（1）溶胶（胶体分散体系）表面自由能很高，在热力学上是不稳定的，也是不可逆的，其组成相一旦发生分离，就不易再恢复原状。

（2）高分子溶液（高分子物质的真溶液－天然的或合成的）在热力学上是稳定的和可逆的，溶质从溶剂中分离后容易恢复原状。

（3）缔合胶体有时称为胶体电解质，在热力学上是稳定的4.分散体系：一种或多种物质以一定的分散度分散在另一种物质中所形成的体系。

分散相(disperse phase):被分散的物质，以颗粒分散状态存在的不连续相,相当于溶液中的溶质;分散介质（disperse medium）:有分散相在其中的均匀介质，或称连续相，相当于溶液中的溶剂。

当体系中的质点足够大（1nm~100nm），它与分散介质之间有明确的界面存在时，称为胶体分散体系5,分散体系通常有三种分类方法：按分散相粒子的大小分类：分子分散体系胶体分散体系粗分散体系按分散相和介质的聚集状态分类：液溶胶固溶胶气溶胶按胶体溶液的稳定性分类：憎液溶胶亲液溶胶液溶胶（sol）：分散介质为液体，如介质为水则称为水溶胶固溶胶（solid sol）：分散介质为固体气溶胶（aerosol）：分散介质为气体憎液溶胶: 半径在1 nm~100 nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。

一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。