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中科院固体表面物理化学 - 期末
考试总结
表界面的分类:气 - 液;气 - 固;液 - 液;液 -
固;固 - 固
表面浓度
分散度
表面形貌非均匀性
原因:由于固体表面原子的组成、排列、振
动状态和体相原子的不同, 由于悬挂键导致的化
学性质活泼, 以及周期性的势场中断导致的表面
电子状态差异, 固体表面形成很多导致表面形貌
非均匀性的元素。
位错密度
表面粗糙度:
原矢
米勒指数( miller index )
晶面间距 dhkl
晶体类型: 体心立方, 面心立方, 简单立
法
表 面 原 子
最近邻数
Fcc
Bcc
Sc
100
8
4
5
110
7
6
4
111
9
4
3
Wood记号和矩阵表示
表面自由能
减小表面能的方法
表面原子重排机理
1:表面弛豫作用
2:表面相转变
3:吸附对纯净底物表面结构的影响
层间距的变化; 重组的表面结构的变化; 吸附
原子可以诱导表面重组
内外表面
内表面: 多孔或多层材料, 孔内或层间的表面
比表面积: 单位质量材料的表面积; 用 BET方
法测量
1. 固体表面性质简介
固体表面的性质
结构特征:不同的位置有不同的性质
表 面 运 动: 气 体 分 子 表 面 撞 击 速 度 R = P/2 蟺 mkT 1/2 ;
表面扩散系数(爱因斯坦方程) : D =
x2/2t
外延生长原子的运动流程: a 沉积/ 吸附在平
台上-deposition ; b 沉积在原子岛上; c 平台 上扩散 -diffusion ; d 脱附 -desorption ; e 成 核 -nucleation ; f 交 互 扩 散
-interdifusion ; g 粘 附 在 平 台 上
-attachment ; h 从平台上脱离 -detachment ; i :粘附在台阶上
化学性质: 表面浓度依赖于气体分子撞击速度
R
相界面( Gibbs 界面)
表面热力学函数
其他类推: S, G, Gs
比表面自由能与温度的关系
; ;
Van der Waals and Guggenheim Equation:
Where: T c为临界温度; 为 0Kし的表面张力
;
固体表面能的理论估算
金属表面张力估算
;
偏析作用
来自晶体或固溶体中的杂质或溶质在界面聚
集的现象
表面偏析公式:
正规溶液参数
扩散
扩散: 由热运动引起杂质原子、 基质原子或缺
陷输运的过程
原因: 原子或离子分布不均匀, 存在浓度梯度,
产生定向扩散
扩散机理:间隙扩散,空位扩散,环形扩散
表面扩散
靠吸附原子或平台空位的运动实现。
一维随机行走理论: 表面原子通过扩散进行迁 移, 原子运动方向移动, 每次跳跃距离等长 d, 将原子加以标记,温度 T 下,净距离为 x,有 Einstein 方程
x2 = 2Dt
吸附的基本过程
1:反应物扩散到活性表面; 2 一个或者多个
反应物吸附在表面上; 3 表面反应; 4 产品从
表面脱附; 5 产品从表面扩散出去
吸附动力学
Rads = k px; 其中 x 为动力学级数; p 为分压 Rads = Aexp ( ) *Px ; E a 活化能
Rads = S*F; S 粘着几率; 率函数
; S = f( 胃)exp ( ) ;
F 入射分子流; f( 胃)表面覆盖
吸附方式
物理吸附: Van der Waals Force 轻度分布
化学吸附:化学键,电子密度重排, 键,完全共价键
;电荷密度
完全离子
几种元素的化学吸附
氢气( H2):没有与基地原子相互作用的电子; 分子 - 氢过渡金属复合物
氢原子 (H): 氢原子与基地原子独立相互作用 卤素( F2 , Cl 2 , Br 2 , etc ):以离解的方式给 出卤素原子的吸附;与金属形成强的离子键
氧气( O2):在金属表面以分子形式吸附,氧
分子作为 给体,金属作为 受体
氧原子 (O):占据最高有效配体位置;强的相 互作用导致表面的扭曲或者重组
! 离解氧吸附是不可逆过程; 加热可以导致化 合物的扩散或者形成
氮气( N2):低强度 M-N键,ゆ很难破坏的 NN 三键
一氧化碳( CO):①活化表面:解离,分别形 成氧化物へ碳氧化合物;
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