材料表面与界面复习题

名词解释：小角度倾斜晶界两个晶粒交界处晶向之间的夹角称为晶界角。

晶界角小于10度的晶界称为小角度倾斜晶界。

表面自扩散原子经由自己元素的晶体点阵而迁移的扩散。

不依赖浓度梯度，仅由热振动而产生的扩散。

表面热缺陷热激发导致，可以由晶体体内热缺陷的存在而相伴产生，也可以由晶体表面原子的迁移、脱位或吸附等产生的缺陷。

接触角：在固、液、气三相交界处，气液相界面与固液相界面之间的夹角。

肖特基势垒若忽略金属和半导体的间隙和界面态的影响，可以得到表面势垒这种势垒称之为肖特基势垒。

式中X为半导体导带底电子到真空能级的亲和势。

表面探针。

由光子、电子、离子、声、热、电场和磁场等可以与表面作用，来获取表面的各种信息。

它们通常被称为“探针”（Probe）表面原子弛豫表面原子的受力情况和体内不同造成的的表面原子层相对于体内原子层下的整体移动以降低体系的能量，而表面原子的近邻数和旋转对称性均不改变的现象，这种现象称为表面弛豫。

外延生长在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，故称外延生长。

表面振动模固体表面层原子和分子的振动。

由于表面原子只在平行表面方向上的排列有周期性，在垂直表面方向原子的分布失去严格周期性。

表面原子的近邻配位原子同体内的不一样。

因而表面原子具有的对称性和它受力的分布同体内原子差异显著，致使表面振动形成特殊的模式。

表面量子化简答：XPS & AES XPS即X射线光电子能谱结合能Eb是把一个电子从束缚态激发到真空自由态所需的能量。

对于不同的电子壳层，其Eb也不相同，原子所处的化学环境对结合能的影响非常大，可以利用电子能谱仪测出电子的动能，于是得到结合能Eb，这就是光电子能谱分析表面电子结构的基本原理。

XPS 分析是采用X 射线照射样品，检测样品表面发射出来的光电子的能量分布。

在入射光子能量确定的情况下，光电子能量与原子轨道结合能量一一对应。

当原子与所处的化学环境不同时，光电子谱峰发生化学位移，因而可以从光电子谱峰的峰位与峰形，分析样品表面的元素组成以及原子所处的化学环境。

材料表界面期末考试卷一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料表界面的类型主要包括：A. 晶界B. 相界C. 界面D. 所有选项2. 晶界对材料性能的影响主要表现在：A. 强度B. 韧性C. 硬度D. 所有选项3. 相界是指：A. 两个晶体之间的界面B. 两个不同相之间的界面C. 晶体内部的界面D. 材料表面的界面4. 界面能是指：A. 界面处原子的化学能B. 界面处原子的表面能C. 界面处原子的结合能D. 界面处原子的内能5. 界面的稳定性与哪些因素有关：A. 界面能的大小B. 界面的几何形状C. 界面处的应力状态D. 所有选项6. 界面的微观结构包括：A. 晶粒大小B. 晶粒取向C. 晶界类型D. 所有选项7. 界面的宏观性能包括：A. 界面强度B. 界面韧性C. 界面硬度D. 所有选项8. 材料表界面的微观表征方法主要包括：A. 扫描电子显微镜（SEM）B. 透射电子显微镜（TEM）C. X射线衍射（XRD）D. 所有选项9. 材料表界面的宏观表征方法主要包括：A. 拉伸试验B. 硬度测试C. 冲击试验D. 所有选项10. 界面工程的目的在于：A. 提高材料的界面强度B. 改善材料的界面韧性C. 优化材料的界面性能D. 所有选项二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述材料表界面的分类及其各自的特点。

2. 描述晶界强化机制，并举例说明其在实际材料中的应用。

3. 解释界面能对材料界面稳定性的影响。

三、计算题（每题15分，共30分）1. 假设一个立方体材料的晶粒尺寸为1mm，晶界面积与晶粒体积的比值为0.05。

计算该材料的晶界总长度。

2. 给定一个材料界面的界面能为50 mJ/m²，界面面积为100 m²，计算该界面的总界面能。

四、论述题（20分）论述材料表界面在材料科学中的重要性，并结合实例说明如何通过界面工程来改善材料的性能。

五、实验题（20分）设计一个实验来研究不同热处理工艺对材料晶界类型和界面能的影响，并简要说明实验步骤和预期结果。

1.液体原子结构的主要特征。

（1）液体结构中近邻原子数一般为5~11个（呈统计分布），平均为6个，与固态晶体密排结构的12个最近邻原子数相比差别很大；（2）在液体原子的自由密堆结构中存在五种间隙，四面体间隙占了主要地位。

（3）液体原子结构在几个原子直径范围内是短程有序的，而长程是无序的。

2.液体表面能的产生原因。

液体表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。

因此在液体表面层中，每个分子都受到一个垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。

这种吸引力使表面上的分子趋向于挤入液体内部，促成液体的最小表面积。

要使液体的表面积增大就必须要反抗液体内部分子的吸引力而做功，从而增加分子的位能，这种位能就是液体的表面能。

3.液体表面张力的概念和影响因素。

液体表面层的原子或分子受到内部原子或分子的吸引，趋向于挤入液体内部，使液体表面积缩小，因此在液体表面的切线方向始终存在一种使液体表面积缩小的力，其合力指向液体内部的作用力，这种力称为液体表面张力。

液体的表面张力大小受很多因素的影响。

如果不考虑液体内部其它组元向液体表面的偏聚和液体外部组元在液体表面的吸附，液体表面张力大小主要受物质本身结构、所接触的介质和温度的影响。

（1）液体的表面张力来源于液体内部原子或分子间的吸引力，因此液体内部原子或分子间的结合能的大小直接影响到液体的表面张力的大小。

一般来说，液体中原子或分子间的结合能越大，表面张力越大。

具有金属键原子结合的物质的表面张力最大；其次由大到小依次为：离子键结合的物质、极性共价键结合的物质、非极性共价键结合的物质。

(2)液体的表面张力的产生是由于处于表面层的原子或分子一方面受到液体内部原子或分子的吸引，另一方面受到液体外部原子或分子的吸引。

当液体处在不同介质环境时，液体表面的原子或分子与不同物质接触所受的作用力不同，因此导致液体表面张力的不同。

一般来说，介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能越高，液体的表面张力越小；反之，介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能越低，液体的表面张力越大。

1.液体原子构造的主要特征。

〔1〕液体构造中近邻原子数一般为5~11个〔呈统计分布〕，平均为6个，与固态晶体密排构造的12个最近邻原子数相比差异很大；〔2〕在液体原子的自由密堆构造中存在五种间隙，四面体间隙占了主要地位。

〔3〕液体原子构造在几个原子直径范围内是短程有序的，而长程是无序的。

2.液体外表能的产生原因。

液体外表层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。

因此在液体外表层中，每个分子都受到一个垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。

这种吸引力使外表上的分子趋向于挤入液体内部，促成液体的最小外表积。

要使液体的外表积增大就必须要对抗液体内局部子的吸引力而做功，从而增加分子的位能，这种位能就是液体的外表能。

3.液体外表张力的概念与影响因素。

液体外表层的原子或分子受到内部原子或分子的吸引，趋向于挤入液体内部，使液体外表积缩小，因此在液体外表的切线方向始终存在一种使液体外表积缩小的力，其合力指向液体内部的作用力，这种力称为液体外表张力。

液体的外表张力大小受很多因素的影响。

如果不考虑液体内部其它组元向液体外表的偏聚与液体外部组元在液体外表的吸附，液体外表张力大小主要受物质本身构造、所接触的介质与温度的影响。

〔1〕液体的外表张力来源于液体内部原子或分子间的吸引力，因此液体内部原子或分子间的结合能的大小直接影响到液体的外表张力的大小。

一般来说，液体中原子或分子间的结合能越大，外表张力越大。

具有金属键原子结合的物质的外表张力最大；其次由大到小依次为：离子键结合的物质、极性共价键结合的物质、非极性共价键结合的物质。

(2)液体的外表张力的产生是由于处于外表层的原子或分子一方面受到液体内部原子或分子的吸引，另一方面受到液体外部原子或分子的吸引。

当液体处在不同介质环境时，液体外表的原子或分子与不同物质接触所受的作用力不同，因此导致液体外表张力的不同。

一般来说，介质物质的原子或分子与液体外表的原子或分子结合能越高，液体的外表张力越小；反之，介质物质的原子或分子与液体外表的原子或分子结合能越低，液体的外表张力越大。

1.原子间的键合方式及性能特点原子间的键合方式包括化学键和物理键,其中化学键又分为离子键,共价键和金属键,物理键又包括分子键和氢键.结合方式 晶体特性离子键 电子转移,结合力大,无方向性和饱和性 硬度高,脆性大,熔点高,导电性差共价键 电子共用,结合力大,有方向性和饱和性 强度高,硬度高,熔点低,脆性大,导电性差金属键 依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静导电性,导热性,延展性好,熔点较高 电引力使原子结合,电子逸出共有,结合力较大,无方向性和饱和性分子键 电子云偏移,结合力很小,无方向性和饱和性熔点低,硬度低氢键 氢原子同时与两个负电性很大而原子半径很小的原子结合而产生的具有比一般次价键大的键力,具有饱和性和方向性2.原子的外层电子结构，晶体的能带结构。

3.晶体（单晶、多晶）的基本概念，晶体与非晶体的区别。

单晶:质点按同一取向排列,由一个核心(晶核)生长而成的晶体;多晶:由许多不同位向的小晶体(晶粒)所组成的晶体.晶体 非晶体原子排列 规则排布 紊乱分布熔点 有固定的熔点 没有明显的熔点性能 各向异性 各向同性4.空间点阵与晶胞、晶面指数、晶面间距的概念，原子的堆积方式和典型的晶体结构。

空间点阵:呈周期性的规律排列的阵点所形成的具有等同的四周环境的三维阵列;晶胞:在空间点阵中,能代表空间点阵结构特点的最小平行六面体,反应晶格特性的最小几何单元;晶面指数: 在晶格中，通过任意三个不在同一直线上的格点作一平面，称为晶面，描写晶面方位的一组数称为晶面指数.一般选取晶面在三个坐标轴上的截距,取倒数作为晶面指数;晶面间距:两近邻晶面间的垂直距离;原子的堆积方式:六角堆积和立方堆积;典型的晶体结构:面心立方结构,体心立方结构,密排六方结构.5.表面信息猎取的要紧方式及基本原理能够通过光子,电子,离子,声,热,电场和磁场等与材料表面作用,来猎取表面的各种信息,或者利用原子线度的极细探针与被测材料的表面近距离接近,探测探针与材料之间的信号,来猎取表面信息.电子束技术原理:离子束技术原理:离子比光子电子都重,它轰击表面时产生的效应特别明显.离子不但具有电荷还有电子结构和原子结构,当离子与表面接近时,除具有静电场和接触电势差作用外,它本身还能够处于不同的激发电离态,离子还能够与表面产生各种化学反应,总之,离子与表面作用后,提供的信息特别丰富.光电子能谱原理:扫描探针显微镜技术原理:6.为什么XPS可获得表面信息，而X射线衍射只能获得体信息？[略]X射线衍射(XRD)是利用晶体形成X射线衍射,对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法.将具有一定波长的X射线照耀到晶体上时,X射线因在晶体内遇到规则排列的原子或离子而发生散射,散射的X射线在某些方向上加强,从而显示与晶体结构相应的特有衍射现象.7.利用光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（Auger）进行表面分析的基本原理和应用范围。

1表面、界面的定义与理解：表界面是由一个相过渡到另一相的过渡区域。

习惯上把固－气、液－气的过渡区域称为表面，而把固－液、液－液、固－固的过渡区域称为界面。

根据物质的聚集态，表界面通常可以分为以下五类：固－气；液－气；固－液；液－液；固－固；物理表面包括：理想表面、清洁表面、吸附表面表面是一个抽象的概念，实际常把无厚度的抽象表面叫数学表面，把厚度在几个原子层内的表面叫作物理表面，而把我们常说实际的固体表面叫工程表面。

2 理想表面理论前提：①不考虑晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响；②不考虑表面原子的热运动、热扩散、热缺陷等；③不考虑外界对表面的物理-化学作用等；④认为体内原子的位置与结构是无限周期性的，则表面原子的位置与结构是半无限的，与体内完全一样。

3何为清洁表面？清洁表面获得方法？指不存在任何污染的化学春表面，即不存在吸附、催化反应或杂质扩散等一系列物理、化学效应的表面。

获得清洁表面的几种方法: ①在获得超高真空的同时获得清洁的表面。

②用简单的加热方法去除表面的沾污。

③在化学气氛中加热去除那些通过简单加热不能清除的化学吸附沾污。

④对于较顽固的沾污，可以利用惰性气体离子（如Ar+、Ne+）轰击表面而有效地清除污染。

⑤对于一些晶体，可以采用沿特定的晶面自然解理而得到清洁表面。

⑥在适当的基片上通过真空蒸发法获得预想的单晶和多晶薄膜，作为研究对象的清洁表面。

4 根据原子结构的不同清洁表面分哪几种？图示说明（PPT）弛豫表面：指表面层之间以及表面和体内原子层之间的垂直间距d s和体内原子层间距d0相比有所膨胀和压缩的现象。

可能涉及几个原子层。

重构表面：指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内，但在垂直方向上的层间间距d0与体内相同。

台阶结构：表面不是平面，由规则或不规则台阶组成。

由于晶体内部缺陷的存在等因素，使晶体内部应力场分布不均匀，加上在解理晶体对外力情况环境的影响，晶体的解理面常常不能严格地沿所要求的晶面解理，而是伴随着相邻的倾斜晶面的开裂，形成层状的解理表面。

第一章1、什么是Young方程?接触角的大小与液体对固体的润湿性好坏有怎样的关系？答：Young方程：界面化学的基本方程之一。

它是描述固气、固液、液气界面自由能γsv,γSL,γLv与接触角θ之间的关系式,亦称润湿方程，表达式为：γsv—γSL=γLv COSθ。

该方程适用于均匀表面和固液间无特殊作用的平衡状态。

关系：一般来讲，接触角θ的大小是判定润湿性好坏的依据，若θ=0。

cosθ=1，液体完全润湿固体表面，液体在固体表面铺展；若0＜θ＜90°，液体可润湿固体，且θ越小，润湿性越好;90°＜θ＜180°,液体不润湿固体;θ=180°，完全不润湿固体，液体在固体表面凝集成小球。

2、水蒸气骤冷会发生过饱和现象，在夏天的乌云中，用飞机撒干冰微粒,试气温骤降至293K,水气的过饱和度（P/Ps)达4，已知在293K时，水的表面能力为0.07288N/m，密度为997kg/m3,试计算：（1）在此时开始形成雨滴的半径。

（2）每一雨滴中所含水的分子数。

答:（1）根据Kelvin公式有开始形成的雨滴半径为：将数据代入得：（2）每一雨滴中所含水的分子数为N=N A n ，n=m/M= V/M，得3、在293k时，把半径为1.0mm的水滴分散成半径为1.0μm的小水滴,试计算(已知293K时水的表面Gibbs自由为0。

07288J 。

m—2）（1）表面积是原来的多少倍?（2）表面Gibbs自由能增加了多少？（9分）答：(1）设大水滴的表面积为A1，小水滴的总表面积为A2，则小水滴数位N，大水滴半径为r1,小水滴半径为r2.又因为将大水滴分散成N小水滴，则推出=故有即表面积是原来的1000倍。

（2）表面Gibbs自由能的增加量为=4*3。

142*0。

07288*[109*（10—6)2—（10-3)2］=第二章1、什么是CMC浓度？试讨论影响CMC的因素。

请设计一种实验测定CMC的方法。

1.液体的原子结构的主要特征。

液体的原子结构存在以下三个主要特征：(1)液体结构中近邻原子数一般为5~11个（呈统计分布），平均为6个，与固态晶体密排结构的12个最近邻原子数相比差别很大；(2)在液体原子的自由密堆结构中，四面体间隙占了主要地位。

(3)液体原子结构在几个原子直径范围内是短程有序的，而长程是无序的。

2.液体表面张力的概念和影响因素。

液体表面分子或原子受到内部分子或原子的吸引，趋向于挤入液体内部，使液体表面积缩小，因而在液体表面切向方向始终存在一种使液体表面积缩小的力，液体表面这种沿着切向方向，合力指向液体内部的作用力，就称为液体表面张力。

液体表面张力影响因素很多，如果不考虑液体内部分子或原子向液体表面的偏聚和外部原子或分子对液体表面的吸引，影响液体表面张力的因素主要有：(1)液体自身结构：液体的表面张力来源于液体内部原子或分子间的吸引力，因此液体内部原子或分子间的结合能的大小直接影响到液体的表面张力的大小。

一般来说，液体中原子或分子的结合能越大，液体表面张力越大，一般液体表面张力随结构不同变化趋势是：金属键结合物质>离子键结合物质>极性共价键结合物质>非极性共价键结合物质(2)表面所接触的介质：液体的表面张力的产生是由于处于表面层的原子或分子一方面受到液体内部原子或分子的吸引，另一方面受到液体外部原子或分子的吸引。

当液体处在不同介质环境时，液体表面的原子或分子与不同物质接触所受的作用力不同，因此导致液体表面张力的不同。

一般来说，介质物质的原子或分子与液体表面原子或分子结合能越大，液体表面能越小，反之越大(3)温度：随着温度的升高，液体密度下降，液体内部原子或分子间的作用力降低，液体内部原子或分子对表面原子或分子的吸引力减弱，液体表面张力下降。

最早给出的预测液体表面张力与温度关系的半经验表达式为：γ= γ0(1－T/T c)n式中T c为液体的气化温度，γ0为０K时液体的表面张力。

材料表界面习题答案【篇一：材料表界面期末复习】> 1、表界面的定义及其种类。

定义；表界面是由一个相过渡到另一个相的过渡区域。

若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。

种类:表界面通常有五类：气-液界面（表面），气-固界面（表面），液-液界面，液-固界面，固-固界面。

二、液体表面1、表面张力定义及表面自由能定义答：表面张力是单位长度上的作用力，单位是n/m表界面张力的热力学定义为：由能量守恒定律，外界所消耗的功存储于表面，成为表面分子所具有的一种额外的势能，也称为表面能。

??(?g/?a)p,t,nb由于分子在体相内部与界面上所处的环境是不同的，产生了净吸力。

而净吸力会在界面2、计算：r1=1mm,r2=10－5 mm2?32a=4?r?4?3.1416?(6.2?10m)11?4.83?10?4m2se?ga1＝?a11－3?2?42＝（72?10j?m)(4.83?10m)?3.5?10?5j3、laplace方程表达式12 ?p??(1/r?1/r) (2-18)就是laplace方程，是表面化学的基本定律之一。

注释：（1）若：r1＝r2＝r，则曲面为球面，回到（2－15）式；（2）若：r1＝r2＝无穷大，则液面为平面，压差为0。

4、表面张力的几种测定方法。

（1）毛细管法（2)最大气泡压力法 (3)滴重法 (4)吊环法解：先求水滴半径：代入kelvin公式：6、gibbs吸附等温式（溶液的表面张力）表面张力随溶液组成的变化规律一般有三种比较典型的类型三、固体表面1、比表面积定义：－? 1g某种固体，其密度为2.2 g/cm3，把它粉碎成边长为106cm的小立方体，求其总表面积。

2、吸附等温线：吸附量可用单位质量吸附剂所吸附气体的量或体积来表示。

3、langmuir吸附等温式a、langmuir吸附公式b、用活性炭吸附chcl3，符合langmuir吸附等温式，在0 ℃时的饱和吸附量为93.8 dm-3*kg-1。

4-1 何谓表面张力和表面能？在固态和液态这两者有何差别？解：表面张力是将物体表面最大一个单位面积所需作的功。

也可理解为作用在单位长度上的力。

表面能是在恒温恒压及组成不变的条件下，每增加一个单位的表面积时，体系自由焓的增值。

液体因不能承受剪应力，外力所做的功表现为表面积的扩展。

因而表面能与表面张力的单位及数量是相同的。

其单位为J •m -2。

固溶体因能承受剪切力，外力的作用除了表现为表面积的增加外，有一部分变成塑性形变。

因此，固体的表面能与表面张力不等。

4-2 在真空条件下Al 2O 3的表面张力约为0.9J/m 2，液态铁的表面张力为1.72J/m 2，同样条件下的界面张力（液态铁-氧化铝）约为2.3J/m 2，问接触角有多大？液态铁能否润湿氧化铝？解：已知γSV ＝0.90J/m2，γLV ＝0.72J/m2，γSL ＝2.3J/m 2cos θ＝＝＝－0.8139θ＝144.48因为θ>90，所以液态铁不能润湿氧化铝。

4-3 测定了含有一个固态氧化物、一个固态硫化物和一个液态硅酸盐的显微结构，有以下的两面角：（a ）两个硫化物颗粒之间的氧化物是112°；（b ）两个硫化物颗粒之间的液体是60°；（c ）两个氧化物颗粒之间的硫化物是100°；（d ）一个氧化物和一个硫化物之间的液体是70°。

假如氧化物和氧化物之间界面能是0.9J/m 2，求其它界面能是多少？解：按题意绘图如下：图4-1 例题4-3附图SV SL LV γγγ-72.130.290.0-22J/m 70.056cos 2/γJ/m 78.056cos 50cos 2100cos /2112cos /)2/100cos(2)()2/112cos(2)(=======∙SS SO OOSS OO SS SO OO SO SS γγγγγγγc γγa 由题意题中γSS 是硫化物之间界面张力；γOO 为氧化物之间界面张力；γOL 是氧化物与液体间界面张力。

二O 一四—二O 一五学年第一学期材料表面与界面 家庭作业 （14级化研1班用 开卷）题号一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 题分20 20 20 15 10 15 得分注意：学号、姓名和所在年级班级不写、不写全或写在密封线外者，试卷作废。

一、表界面的定义是什么？举例说明研究材料表界面现象的重要意义。

答：自然界的物质通常以气、液、固三相存在。

任何两相或两相以上的物质共存时，分为5大类，分别为气-液、气-固、液-液、液-固、固-固接触面。

我们把气-液、气-固接触面称为表面；把液-液、液-固、固-固接触面称为界面。

材料的表面界面对材料整体性能具有决定性的影响,材料的硬化、腐蚀、印刷、涂膜、黏结、复合等都与材料的表界面密切有关。

二、溶质加到溶剂中可引起其表面张力的变化，简述溶质浓度对溶剂表面张力影响的三种类型。

哪种类型的物质可以称为表面活性剂？表面活性剂如何分类？答：三种类型：1）表面张力随溶质浓度的增加几乎成直线关系上升；2）表面张力随溶质浓度的增加而下降；3）加入少量可显著降低溶液的表面张力。

第三种类型的物质可以称为表面活性剂。

按亲水基类型分类：阴离子、阳离子、两性、非离子按分子量分类：低分子量、中分子量、高分子量三、简述陶瓷材料表面结构、晶界、相界的特点。

答：陶瓷为无机非金属粉末晶体在一定条件下形成的多晶聚集体。

表面：无论经过多么精细的研磨、抛光处理，其表面都是相当不平整的，除明显起伏外，还有裂纹和空洞。

晶界：晶界可分为孪晶界、小角度晶界和大角度晶界三种。

相界：相界并不是单纯的一个面而是一个过渡层，有多个分子层。

陶瓷经过严格研磨抛光后，在距表面1微米内，晶粒尺寸与体内明显不同；特别在距表面0.1微米的范围，晶粒尺寸很细，相界区有非晶态存在。

总分核分人吴崇刚严明四、填空题（每小题3分，共15分）(1) 已知某聚乙烯、某聚氯乙烯及某聚苯乙烯在20 o C 时的表面能分别为33.2、41.5及42.0 mJ/m 2，则它们在相同温度下的表面张力分别为33.2 、 41.5 及 42.0 mN/m ，在相同温度下的内聚能分别为 66.4、83.0 及 84.0 mJ/m 2。

材料表面与界面复习题第一章1.试述表面张力(表面能)产生的原因。

怎样测试液体的表面张力？(1)原因液体表面层的分子所受的力不均匀而产生的。

液体表面层即气液界面中的分子受到指向液体内部的液体分子的吸引力，也受到指向气相的气体分子的吸引力，由于气相吸引力太小，这样，气液界面的分子净受到指向液体内部并垂直于表面的引力作用，即为表面张力。

这里的分子间作用力为范德华力。

(2)测试①毛细管上升法测定原理将一支毛细管插入液体中，液体将沿毛细管上升，升到一定高度后，毛细管内外液体将达到平衡状态，液体就不再上升了。

此时，液面对液体所施加的向上的拉力与液体总向下的力相等。

则丫=1 /2( p l- p g)ghrcos6 (1)(1)式中Y为表面张力，r为毛细管的半径，h为毛细管中液面上升的高度，p l为测量液体的密度，P g为气体的密度(空气和蒸气)，g为当地的重力加速度，e为液体与管壁的接触角。

若毛细管管径很小，而且B =0时，则上式(1)可简化为Y =1/2 p ghr (2)②Wilhelmy盘法测定原理用铂片、云母片或显微镜盖玻片挂在扭力天平或链式天平上，测定当片的底边平行面刚好接触液面时的压力，由此得表面张力，公式为：W 总-W 片=2 丫lcos©式中,W总为薄片与液面拉脱时的最大拉力，W 片为薄片的重力，l为薄片的宽度，薄片与液体的接触的周长近似为2l，4为薄片与液体的接触角。

③悬滴法测定原理悬滴法是根据在水平面上自然形成的液滴形状计算表面张力。

在一定平面上，液滴形状与液体表面张力和密度有直接关系。

由Laplace公式，描述在任意的一点P曲面内外压差为式中R1, R2为液滴的主曲率半径；z为以液滴顶点0为原点，液滴表面上P的垂直坐标; P0为顶点O处的静压力。

定义S= ds/de式中de为悬滴的最大直径, ds为离顶点距离为de处悬滴截面的直径再定义H= 3 (de/b)2 则得丫= ( p l- p g)gde2/H 式中 b 为液滴顶点O处的曲率半径。

第4章练习1. 什么是表面吸附与偏析？气体分子碰到固体表面时，受到固体表面的不饱和力场的作用，停留在固体表面上，使气体分子在表面上的浓度增大，称为气体分子在固体表面的吸附；偏析是指液相或固溶体中原子（分子）在固-固、固-液界面上富集，即液相或固溶体中溶质原子在界面上的浓度大于其基相。

2. 比较化学吸附与物理吸附，并画出它们的吸附能曲线；什么是快化学吸附和慢化学吸附？吸附性能物理吸附 化学吸附 作用力吸附热（能）选择性吸附速度形成吸附层 范德华力 小 无选择性 快；几乎不要活化能 单分子或多分子吸附层 剩余价键力 大 有选择性 较慢，大多需要活化能 只能形成单分子吸附层慢化学吸附：EB>0，需要激活，是一种活化化学吸附；快化学吸附：EB<=0，不需要激活，非活化化学吸附。

3. 请解释第IV 型吸附等温线。

低压下上凸表明吸附物质和吸附剂有相当强的亲和力，并且也易确定，像在II 类等温线B 点的位置（相当于盖满单分子层时的饱和吸附量）。

压力增加，多层吸附逐渐产生毛细管凝结，吸附量剧增。

最后毛细孔中均装满吸附物，吸附量不再增加，等温线又平缓起来。

4. N 型半导体表面吸附氧后，它的表面电导和表面能带如何变化？N 型半导体表面，随温度升高，先是导致电子浓度增加，电阻下降；后来晶粒表面吸附氧，使得物理吸附变为化学吸附，电阻上升（电导下降），表面由于多子堆积，变成耗尽层。

5. 水在N 型半导体表面吸附后对电导和能带会发生哪些影响？N 型半导体吸附水气之后，氢从导带中抽出电子，表面形成耗尽层，故材料的电阻率增加。

N 型半导体吸附水气后，势垒增高，电阻增大，直到成为强反型层。

由于强反型层内有自由载流子空穴的存在，所以材料的电阻率将随水气的吸附而减小。

期末复习题6. 原子间的键合方式及性能特点。

化学吸附热物理吸附热离子键与离子晶体：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性。

其特点是硬度高，脆性大，熔点高导电性差；共价键与原子晶体：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性。

化学表面化学练习题表面吸附和界面现象化学表面化学练习题：表面吸附和界面现象表面吸附和界面现象是化学中重要的概念，对于理解材料的特性及其应用具有重要意义。

本文将围绕表面吸附和界面现象展开论述，探讨相关练习题，旨在帮助读者进一步理解和应用相关知识。

1. 吸附现象是指气体、液体或固体在与表面接触的情况下，被物质的表面吸附或附着的现象。

根据吸附力的强弱，可以将吸附分为物理吸附和化学吸附。

2. 物理吸附主要由范德华力引起，其吸附速度快，吸附热较低；化学吸附则需要化学键的形成和断裂，吸附速度较慢，吸附热较高。

3. 表面活性剂是一类能够降低液体表面或液-固界面的表面张力的物质。

常见的表面活性剂包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂。

4. 表面活性剂具有乳化、分散、润湿等特性，被广泛应用于液体洗涤剂、乳化剂、润滑剂等领域。

5. 分散系统中，存在两种无序排列的结构，即胶束结构和微乳液结构。

胶束结构是表面活性剂在溶液中形成的球形结构，其中疏水基团聚集在内，疏水基团聚集在外；微乳液结构是指表面活性剂和一定量的溶剂形成的连续的液滴结构。

6. 界面张力是液体与气体或液体与液体交界面上的单位长度所受的力，常用符号为γ。

根据界面上的液体种类不同，可以将界面张力分为气液界面张力和液液界面张力。

7. 洗涤剂对界面张力有明显影响，能够降低液体表面的张力，使表面张力减小，达到润湿和乳化的效果。

8. 表面活性剂的胶束结构对其性能具有重要影响。

胶束的大小与表面活性剂的浓度有关，随着浓度的增加，胶束的大小逐渐增大，直至形成连续的液滴。

9. 色散系统中的分散相通常是固体微粒，而分散介质可以是气体、液体或固体。

颗粒的大小和分散体系的粘度都会影响分散体系的流变性质。

10. 界面活性剂的添加对分散系统的流变性质有重要影响，可以改变其黏度、流变曲线的形状和流动特性。

总结起来，表面吸附和界面现象是化学中不可忽视的重要现象。

材料表面与界面1、材料表界面对材料整体性能具有决定性影响，材料的腐蚀、老化、硬化、破坏、印刷、涂膜、粘结、化学反应、复合等等，无不与材料的表界面密切有关。

2、应用领域：a. 航空和航天器件；b.民用;c.特种表面与界面功能材料；d.界面是复合材料的重要特征。

3、隐形涂料：这种涂料含有大量的铁氧体粉末材料，依靠其自身自由电子的重排来消耗雷达波的能量。

4、表面与界面概念：常把从凝聚相（固相、液体）过渡到真空的区域称为表面; 从一个相到另一个相之间的区域称为界面.5、表界面尺寸：可以是一个原子层或多个原子层，其厚度随材料的种类不同而不同。

6、在物质的气、液、固三态中，除了两种气体混合能完全分散均匀而不能形成界面外，三种相态的组合可构成五种界面：液－气，液－液，固－气，固－液，固－固。

7、物质的分类。

从形态上：固体，液体，气体，胶体，等离子体。

从结构上：晶体，无定形。

8、固体表面的分类：理想表面；清洁表面（高温热处理，离子轰击加退火，真空解理。

真空沉积。

场致蒸发等）。

吸附表面。

9、清洁表面发生的常见重要物理化学现象：(a)表面弛豫；（b）重构；(c) 偏析又称偏聚或分凝；(d)台阶化；(e) 形成化合物；(f)吸附10、表面处离子排列发生中断，体积大的负离子间的排斥作用，使C1-向外移动，体积小的Na+则被拉向内部，同时负离子易被极化，屏蔽正离子电场外露外移，结果原处于同一层的Na+和C1-分成相距为0.020 nm的两个亚层，但晶胞结构基本没有变化，形成了弛豫。

11、重构：表面原子重新排列，形成不同于体相内部的晶面。

12、偏析又称偏聚或分凝指化学组成在表面区域的变化但结构不变。

13、台阶化表面附近的点阵常数不变，晶体结构也不变，而形成相梯度表面。

14、形成化合物：指表面化学组成和结构都发生改变，在表面有新相生成。

15、吸附指表面存在周围环境中的物种。

分类：物理吸，附和化学吸附。

16、物理吸附：外来原子在固体表面上形成吸附层，由范德华力作用力引起，则此吸附称为物理吸附。