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固 体 表 面
重点掌握并纯熟运用:
Langmuir吸附等温式
1. 固体的表面特性
2. Langmuir和Freundlish吸附等温式
3. BET多分子层吸附理论
表面是一种抽象的概念,实际常把无厚度的抽象表面叫数学表面,把厚度在几种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。
一、固体表面
理想的晶体由原胞构成,并具有三维周期性。但物质不是无限的,在晶体中原子或分子的周期性排列发生大面积忽然终止的地方就出现了界面,如固体-液体、固体-气体及固体-固体的界面,常把固体-气体(或真空)、固体-液体的界面称为固体的表面。
诸多物理化学过程:催化、腐蚀、摩擦和电子发射等都发生在“表面”,可见其重要性。
固体材料的界面有三种:
(l)表面
—固体材料与气体或液体的分界面。
(2)晶界
(或亚晶界)
(3)相界
—多晶材料内部成分、构造相似而取向不一样晶粒(或亚晶)之间的界面。
—固体材料中成分、构造不一样的两相之间的界面。
金属表面的实际构成示意图
工程表面
对于给定条件下的表面,其实际构成及各层的厚度与表面制备过程、环境以及材料自身的性质有关。
(1)理想表面(实际上不存在)
(2)清洁表面
(3)实际表面
理想表面
理想表面——没有杂质的单晶,作为零级近似可将表面看作为一种理想表面。从理论上看,它是构造完整的二维点阵平面。
理想表面的前提条件:
忽视了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响;
忽视了表面原子的热运动、热扩散和热缺陷等;
忽视了外界对表面的物理化学作用等。
理想表面的特点:
理想表面作为半无限的晶体,体内原子的位置及其构造的周期性,与本来无限的晶体完全同样。
图 理想表面构造示意图
清洁表面
清洁表面——通过诸如离子轰击、高温脱附、超高真空中解理、蒸发薄膜、场效应蒸发、化学反应、分子束外延等特殊处理后,保持在10-6Pa-10-9Pa超高真空下外来沾污少到不能用一般表面分析措施探测的表面
不存在任何吸附、催化反应或杂质扩散等物理、化学效应的表面。
清洁表面的一般状况
依热力学的观点,表面附近的原子排列总是趋于能量最低的稳定状态,达到这种稳定态的方式有两种:
自行调整,原子排列状况与材料内部明显不一样;
依托表面成分偏析和表面对外来原子或分子的吸附
以及两者的互相作用而趋向稳定态,因而使表面组分与材料内部不一样。