材料表面与界面

通常将气相（或真空）与凝聚相之间的分界面称为表面（surface）,凝聚相与

凝聚相之间的分界面称为界面（interface）.

（1）理想表面:一种理论结构完整的二位点阵平面，忽略缺陷和环境影响.

二维晶格的周期性与对称性，元格：二位周期性排列的最小单元

对称操作：①平移群T=na+mb，a、b是两个不重合的单位基失

②点群：旋转对称+镜面反映→10个二位点群，5种二位布拉菲格子

旋转对称：旋转角θ=2π/n,n为正整数，称为旋转对称的度数，只能取1、2、3、4、6； ③镜像滑移群：对某一直线作镜像反应后，再沿此线平行方向滑移

半个平移基失.镜像滑移群+点群→17种对称群，称为二位空间群.

原子的表面密度：单胞中某一表面上原子的总面积与该表面积之比.ρ=Aa/As（2）清洁表面：在真空中分开晶体，或将已有表面在真空中经过离子轰击、高温

脱附后得到的表面，这种表面没有吸附其它异类原子，只存在表面原子的排列变化

①表面重构：形成晶体表面的悬空键的存在，使其处于高能不稳定状态，为了降低

表面自由能，表面原子的位置必然发生变化，这种变化的结果，使得表面原子的

平移对称性与理想表面显著不同，这种表面变化称为表面重构.

②表面弛豫：为了降低体系能量，表面上的原子会发生相对正常位置的上或者下

位移，表面原子的这种位移称为表面弛豫.其显著特征是表面第一层原子和第二层

原子之间的距离改变，越深入体相，弛豫效应越弱，并迅速消失.

③表面台阶结构：存在各种各样的缺陷：TLK模型，T指平台，L表示单原子高度的

台阶，K表示单原子尺度的扭折.

（3）吸附表面：除了表面原子几何位置发生变化外，还通过吸附外来原子来降低

表面自由能.包括物理吸附(弱、快、无选择性)和化学吸附（强、慢、选择性）.

表面热力学：①表面自由能：自由能极图

②表面自由能的各向异性影响因素：a.键能Eb； b.单位面积键的数量

③晶体的稳定形状：表面自由能趋向最小，所以对于各向同性的液体来说，形状

材料表面与界面

材料的表面与界面性质对于材料的性能具有重要的影响。材料的表面和界面性质是指材料的表面和与其它物质接触的界面上的性质，这些性质直接影响材料的力学、热学、光学等性能。因此，研究材料的表面与界面性质对于材料科学和工程具有重要的意义。

首先，材料的表面性质对于材料的耐磨性和耐腐蚀性具有重要的影响。材料的表面硬度、粗糙度、化学成分等都会直接影响材料的耐磨性和耐腐蚀性。例如，通过表面处理可以提高材料的硬度和耐腐蚀性，从而延长材料的使用寿命。因此，研究材料的表面性质对于提高材料的耐磨性和耐腐蚀性具有重要的意义。

其次，材料的界面性质对于材料的粘接性和界面传输性能具有重要的影响。材料的界面粘接性和界面传输性能直接影响材料的结构强度和功能性能。例如，在复合材料中，界面的结合强度和传输性能直接影响复合材料的力学性能和热学性能。因此，研究材料的界面性质对于提高材料的粘接性和界面传输性能具有重要的意义。

此外，材料的表面与界面性质对于材料的光学性能也具有重要的影响。材料的表面和界面对于光的反射、透射和散射等过程有重要的影响，这直接影响材料的光学性能。例如，在光学器件中，材料的表面和界面质量直接影响器件的光学性能。因此，研究材料的表面与界面性质对于提高材料的光学性能具有重要的意义。

综上所述，材料的表面与界面性质对于材料的性能具有重要的影响，包括耐磨性、耐腐蚀性、粘接性、界面传输性能和光学性能等方面。因此，研究材料的表面与界面性质对于提高材料的性能具有重要的意义，这也是材料科学和工程领域的重要研究方向之一。希望通过对材料的表面与界面性质的研究，可以为材料的设计、制备和应用提供重要的理论和实验基础，从而推动材料科学和工程的发展。

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。表面：在真空状态下，物体内部和真空之间的过渡区域，是物体最外面的几层原子和覆盖其上的外来原子和分子所形成的表面层。表面层有其独特的性质,和物体内部的性质完全不同。几何概念：表面是具有二维因次的一块面积，无厚度、体积。

界面：两个物体的相态相接触时的过渡区域，由于分子间的相互作用，形成在组成、密度、性质上和两相有交错并有梯度变化的过渡区域。

几何概念：它不同于两边相态的实体，有独立的相、占有一定空间，有固定的位置，有相当的厚度和面积。弛豫；指表面层之间以及表面和体内原子层之间的垂直间距ds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：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。这种不平衡作用力使表面有自动收缩的趋势，使系统能量降低的倾向，由此产生表面张力以σ表示 ，称为表面张力，即：6=f/2l，6=dw/da，σ也可以理解为表面自由能，简称表面能。例题：20℃时汞的表面张力为4.85×10-1 Jm-2，求在此温度及101.325 kPa 的压力下，将半径1mm的汞滴分散成半径10-5 mm的微小汞滴，至少需要消耗多少功？解：已知：σ＝4.85×10-1 Jm-2，

r1=1mm, r2=10－5 mm，界面张力的热力学定义。在恒温、恒压下研究表面性能，故常用下式表示。广义表面自由能的定义：保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。狭义表面自由能的定义：保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能，用符号σ表示，单位为J·m-2。表面张力与表面Gibbs自由能的异同：相同点：数值相同，量纲相同。不同点：物理意义不同，单位不同。例：试求25℃，质量m＝1g的水形成一个球形水滴时的表面自由能E1。若将该水滴分散成直径2nm的微小水滴，其总表面能E2又是多少？（已知25℃时水的比表面自由焓Gs为72×10-3 J*m-2) G=GsA. 解：设1g水滴的体积为V，半径为r1，表面积为A1，密度为ρ,则：（2）若分散成r2＝1nm的水滴N个。由于液面是弯曲的，则沿AB的周界上的表面张力不是水平的，作用于边界的力将有一指向液体内部的合力。 所有的点产生的合力和为 Ps ，称为附加压力。由于液面是凹面，沿AB的周界上的表面张力不能抵消，作用于边界的力有一指向凹面中心的合力。所有的点产生的合力和为 Ps ，称为附加压力。（1）凸液面，液滴的曲率半径r为正，△P为正，附加压力指向液体内部，r越小，△P越大；（2）平液面，r趋向无穷大，△P为零，跨越平液面不存在压力差；（3）凹液面，r为负，△P为负，附加压力指向空气。对指定液体，在一定温度下， σ为一定值，则：1）对球面 r1 = r2 =r Δp = 2σ/r 2）对凸面r取正值

２００８年第１４卷第２０期　中国学术期刊文摘　７ｌ　

形极限应变的影响．结果表明，晶体塑性理论能较好地预测金属　

板坯的成形极限曲线，同时通过初始织构及其演化的模拟能成功　

地分析材料各向异性对ＦＬＤ的影响．图７参１０（方华）　关键词：晶体塑性；成形极限；织构　

０８２００４９８　４３０・１０　４０Ｃｒ钢奥氏体动态再结晶及晶粒细化＝Ｄｙｎａｍｉｃ　ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　

ｏｆ　ａｕｓｔｅｎｉｔｅ　ａｎｄ　ｇｒａｉｎ　ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ　ｉｎ　４０Ｃｒ　ｓｔｅｅｌ［刊，中］／伍来智，陈　

军，张鸿冰（上海交通大学模具ＣＡＤ国家工程研究中心，上海　

２０００３０）／／上海交通大学学报．一２００８，４２（５）．－７８６￣７９０　在Ｇｌｅｅｂｌｅ一１５００热模拟机上以４０Ｃｒ钢为对象，研究了热变形奥氏　

体动态再结晶行为以及动态再结晶晶粒尺寸与变形参数间的变化　规律．通过控制形变温度、变形量及应变速率等工艺参数，４０Ｃｒ　

钢高温形变动态再结晶可使晶粒细化到９邮１左右．奥氏体动态再　

结晶晶粒尺寸取决于Ｚｅｎｅｒ－Ｈｏｌｌｏｍｏｎ（Ｚ）参数，提高应变速率及降　

低形变温度都有利于ｚ参数增大，流变应力峰值较高，奥氏体动　

态再结晶晶粒减小．在传统的动态再结晶晶粒尺寸公式中引入应　

变量，得出４０Ｃｒ钢的动态结晶晶粒尺寸计算公式．图８参１１（方华）　

关键词：热变形：奥氏体；动态再结晶　

０８２００４９９　４３０・１５材料表面与界面　

表面活性剂对铝合金表面电化学沉积硅烷膜层的影响＝Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ　ｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｉｌａｎｅ　ｆｉｌｍｓ　ｏｎ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ［刊，中］／徐以兵，何德良，周舟，钟建芳（湖南大学化学生　

物传感与计量学国家重点实验室，长沙４１００８２）／／表面技术．一　２０ｏ８，３７（３）．－１～３，５７　采用交流阻抗技术研究了表面活性剂对不同条件下双一１，２．［３（三