《材料表面与界面》PPT课件.ppt

总结：,1、固体润湿,沾湿功,浸湿功,也称为粘附张力A,铺展系数,2、润湿方程,6.4固体表面张力、表面能测定,6.4.1温度外推法,测定固体熔融状态下不同温度的的表面张力，外推到室温，得固体表面张力,用于固体表面张力估算，误差较大,6.4.2晶体劈裂法,Orowan公式,T拉开厚度为x薄片的拉力,E弹性模量,5.4.3溶解热法,原理：固体溶解时，表面破坏，表面能转化为溶解热的一部分。同等重量不同细度固体的溶解热之差即固体的表面能。,6.5低表面能表面张力估算,假设只有色散力在界面上起作用,如果用烷烃测试接触角,考虑极性成分,6.5.2Owens-Wendt-Kaelle法,6.6固体表面吸附,6.6.1Langmuir单分子吸附模型,假设：1）表面均匀，表面上各个位置吸附性能相同2）吸附热与表面覆盖度无关，即：吸附分子之间无相互作用；3）单分子层吸附,表面吸附速度：,P吸附平衡时气体的压力,吸附气体表面覆盖分数,K吸附速度常数,表面脱附速度：,E吸附热,K0脱附速度常数,吸附脱附达到平衡时：,Langmuir吸附等温式,吸附常数,求出Vm和b,两种气体吸附,6.6.2BET多分子吸附模型,（Brunauer，Emmett，Teller）,补充假设：1）可进行多分子层吸附2）第一层的与以后各层不同，第二层起各吸附热都相同3）吸附与脱附只发生在直接暴露在气相的表面上,S0,S1,S2,S3,BET公式,求出Vm和C,6.6.3溶液中Langmuir单分子吸附模型,假设：1）表面均匀，表面上各个位置吸附性能相同2）吸附热与表面覆盖度无关，即：吸附分子之间无相互作用；3）单分子层吸附,表面吸附速度：,C吸附平衡时溶液中溶质的浓度,吸附溶质表面覆盖分数,表面脱附速度：,（1-C）溶剂浓度,吸附脱附达到平衡时：,吸附平衡常数,第七章表面表征,接触角测定仪、XPS、Auger、UPS、SIMSS、IR、AFM、SEM,表面张力接触角表面压表面组成表面形貌,7.1接触角测定仪,q,7.1.1固体自由能测定,1）Owens方法,2）Zisman方法,3）Schultz方法,测试高表面能材料,7.1.2悬滴法测液体表面张力,7.2X射线光电子能谱,X-rayPhotoelectronSpectroscopyXPSESCAElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis,基本功能：表面元素分析,测试厚度：金属0.52nm氧化物nm有机物和聚合物10nm测试元素：检测元素LiU,7.2.1测试原理,1）光电效应,电子摆脱原子核束缚所需要的能量,电子脱离样品后的动能,功函,元素中的电子变为真空中的静止电子所需要的能量,特定原子、特定轨道上的电子的结合能为定值,2）原子内层电子的稳定性,1）内层电子的结合能在一个窄的范围内基本是一个常数，具有原子的特征性质。2）随着原子化学环境的不同，仍有小的可以测量的变化。,原子上电子分为：1、价电子；2、内层电子,决定体系化学反应,3）电子自由程,固体中电子的自由程最大10nm,4）结合能,只有表面上的电子才可以溢出,电子结合能位移：原子的一个内壳层电子的结合能受核内电荷和核外电荷分布的的影响。任何引起这些电荷分布发生变化的因素都有可能使原子内壳层电子的结合能产生变化。化学位移：由于原子处于不同的化学环境(如价态变化或与电负性不同的原子结合等)发生改变，所引起的结合能位移。物理位移：由于物理因素(热效应、表面电荷、凝聚态的固态效应等)而引起的结合能的位移。,3）电子结合能的化学位移,有机C化学位移经验公式：,1、通过量子化学方法计算2、已知结果的样品做为标准测试,取代基,聚丙烯酸,2850.061.513.03289.48,实测289.1,7.2.2XPS镨图,7.2.3定量分析,InfA式中：I峰强度n每cm2的原子数fX射线通量（光子cm2s）光电截面积（cm2）与X射线和出射光电子的夹角有关因子光电产额（光电子光子）A采样面积（cm2）T检测系数光电子的平均自由程（cm）,令S=A为灵敏度因子,已知Si,测得I,7.2.4X光电子能谱仪,1）X光源,Alk1486eV,Mgk1253eV,双阳极Al/Mg,单色器Al,2）分析室（高真空室）,210-10mbar,清洁样品表面减少空气分子与电子的碰撞,3）能量分析器,R2,R1,V,7.2.5绝缘材料测定,1）表面电荷,表面电子逸出后，绝缘样品表面带正电荷，形成额外电场。使XPS镨线结合能偏离正常位置。,2）化学位移标定,Au4f7/284.0eV,Ag3d5/2368.27eV,标样,内标,C1s285.0eV,3）表面电荷补偿,低能电子枪发射电子，将内标补偿到标准位置电子离子枪可同时发射电子和离子，将内标补偿到标准位置,7.2.6X光电子能谱仪功能,表面元素组成的定性、定量分析表面元素键合状态的定性、定量分析表面元素的分布表面元素分布图样品元素深度分布,7.2.7深度分布分析,材料不同深度上元素及键合态的分析,1）离子刻蚀（离子贱射）,采用Ar轰击的方法剥蚀样品表面,优点：可以得到任意深度的信息缺点：样品化学态改变不同材料刻蚀速度不同,2）改变电子逸出角度,e,X-ray,l,X-ray,e,优点：非破坏性，不改变样品的状态缺点：分析深度有限角度旋转后，分析面积变化,3）角分辨XPS,X-ray,e,e,e,7.2.8成像,XPS镨图给出分析区域的平均信息，成