材料表面与界面(2-2)

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γ=1 /2（ρl—ρg)ghrcosθ（1)（1）式中γ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，ρl为测量液体的密度，ρg为气体的密度( 空气和蒸气) , g为当地的重力加速度，θ为液体与管壁的接触角。

若毛细管管径很小，而且θ=0 时，则上式(1）可简化为γ=1/2ρghr （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=2γlcosφ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，φ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O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=β(de/b)2 则得γ= (ρl—ρg）gde2/H 式中b为液滴顶点O处的曲率半径.若相对应与悬滴的S值得到的1/H为已知, 即可求出表（界) 面张力。

０８ ｏ ０ ２ ０５ ３ ４ ０ ・１ ３ ５
钢高温 形 变动 态再 结 晶可使 晶粒 细 化到９邮１ 右 ．奥 氏体 动态 再 左 结 晶晶粒 尺寸 取决 于 Ｚ ｎｒ ｏｌｍ ｎ Ｚ参 数 ，提 高应 变速 率及 降 ｅｅ－ ｌ ｏ （） Ｈ ｏ 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 ， 出４Ｃ 钢 的动 态 结 晶晶粒 尺寸 计算 公 式． 图８ １ （ 华） 得 ０ｒ 参 １方 关键 词 ：热变 形 ：奥 氏体 ；动态 再 结晶
ｅ ｅ ｔ ｆ ｉｐ ｒａ ｔ ｎｄ ｐ ｓｔ ｇｂ ｈ ｖｏ ｆ 一ｎ ｎ ） ｉ ｏ ｏ ｉ ｆ ｃ ｓ ｓｎ ｅ ｏｉｎ ｅ ａｉｒ （ａｏ ＳＣ ｃ ｍｐ ｓ ｅ ｏｄ ｅ ｏ ｉ ｏ Ｎｉ ｔ
ｂｕｈｐａｎ ［ ， 中］ ｒｓ．ｌｔ ｇ 刊 ｉ ／张玉 峰 ，吴晓 明 ，凌锋 （ 汉 军械士 官学 武 校 自行 火炮 系 ， 汉４ ０ ７）／ 面技 术． ２ｏ ， ７ ３ ． ４ ～４ 武 ３０ ５ ／表 一 ０ ８ ３ （）一 ＿ ５ ４
２０ ０ ８年 第 刊文 摘
７ ｌ
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 Ｆ Ｄ 的影 响． 图７ １ 方华 ） Ｌ 参 ０（ 关键 词 ：晶 体塑 性 ；成 形 极 限 ；织 构
０ ２０ ５ ８ ０ ０２ ４ ３０ ・１ ５
４Ｃ ０ ｒ钢 奥 氏体 动 态再 结 晶 及 晶粒细 化 ＝Ｄｙａ ｃｒｃ ｓ ｌａ ｏ ｎｍｉ ｅｒ ｔ ｉ ｔ ｎ ｙ ａｚｉ ｌ

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。

谱
Raman效应产生于入射光旳电场与介质表面上振动旳感生 偶极子旳相互作用，造成分子旳旋转或振动模式旳 跃 迁变化。
Raman光谱仪器
石墨旳Raman光谱图
Raman光谱旳特点
（1） Raman光谱研究分子构造时与红外光 谱互补
（2） Raman光谱研究旳构造必需要有构造 在转动或者振动过程中旳极化率变化
SPM扫描探针显微镜
AFM线性剖面图
AFM立体显示图
Average roughness Ra
特点 （1）针尖与样品之间旳排斥作用力；来反应
样品旳形貌 (2)辨别率可达： 0.1 nm (3) 能够在真空、大气、溶液条件下进行表面
分析，图象旳质量与针尖非常亲密有关 （4） 样品形貌起伏不能太大
三种观察原子旳措施比较
红外光谱研究旳构造必需要有有构造在转动 或者振动过程中偶极矩差别
（3）能够测定物质旳晶体构造和晶相判断， 但只能是研究光能到达旳表面区域
（4）样品能够是固态、液体或者气体
2.4 XPS光电子谱
1. 光电发射定律
原子由核和绕核运动旳电子所构成，电子具有拟定旳能量并在一定 轨道上运动(EB(i), )。当能量为hv旳光激发原子或者分子时，只要 hv >EB(i),,便可激发出i轨道上电子，并取得一定动能Ek，留下一种离子： M + hv = M+* + e-1
5. Bruggle 方程
2dhklsinhkl=n
A
hkl
m N
B
hkl
= n = mB+ BN = 2dhklsinhkl
2.3 拉曼光谱（Raman spectra）
• 光经过样品时产生散射
hv