材料表面与界面.ppt

表面附近的点阵常数发生明显的变化 NaCl晶体的表面弛豫 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 020nm的两个亚层 但晶胞结构基本没有变化 形成了弛豫 b 重构 rebuilding 表面原子重新排列 形成不同于体相内部的晶面 c 偏析又称偏聚或分凝 segregation 指化学组成在表面区域的变化但结构不变 d 台阶化 steps 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 f 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 e 吸附 adsorption 指表面存在周围环境中的物种 分类 物理吸附和化学吸附 a 物理吸附 外来原子在固体表面上形成吸附层 由范德华力 VanderWaals 作用力引起 则此吸附称为物理吸附 特点 物理吸附过程中没有没有电子转移 没有化学键的生成和破坏 没有原子重排等等 产生吸附的只是范德华力 物理吸附的作用力是范德华力 包括 定向力 偶极力 诱导力 色散力 作用力 其本质为静电相互作用力 吸附热约为 4 2KJ mol 一般在较低的温度下才能发生 无激活能 无选择 物理吸附的作用力是范德华力和氢键 包括 定向力 偶极力 诱导力 色散力 作用力 吸附分类 物理吸附和化学吸附 b 化学吸附 外来原子在固体表面上形成吸附层由化学键作用力引起 则此吸附称为化学吸附 特点 表面形成化学键 有选择性 需要激活能 吸附热高 21 42KJ mol 吸附的物种可以是有序 order 也可以是无序 disorder 吸附在表面 也可以是单层 monolayer 也可以是多层 multiplayer 吸附 因表面的性质和被吸附的物种而定 色散力 两个非极性分子相互接近时 由于电子不断运动电子和原子核间会经常发生瞬间的相对位移 使正负电荷的中心不重合而产生瞬时偶极 在两个瞬时偶极之间产生的引力 两个极性分子接近时 由于固有的偶极同性相斥异性相吸而产生的作用力极性分子与非极性分子接近时 非极性分子受到诱导而极化这中固有的偶极与诱导的偶极产生作用力其本质 静电相互作用力 表面产生吸附的根本原因 1 电荷 charge 在凝聚相表面发生迁移 migration 包括负电荷 negativecharge 的电子迁移和正电荷 positivecharge 的离子迁移 中性表面 e负电性表面 双电层 电子向表面迁移 正电性表面 双电层 正电荷向表面迁移 表面产生吸附的根本原因 2 表面存在可以构成共价键的基团A过渡金属原子空的d轨道如Pt 5d96s1 铂金属簇催化a 酮酸酯的不对称氢化反应物a 酮酸酯在不同大小Pt纳米簇上示意图 C灰色 O红色 H白色 N黄色 B化学反应成键 1 1 2固体的表面特性 表面粗糙度测定方法简介 轮廓算数平均偏差 Ra arithmeticalmeandeviationoftheprofile 微观不平度十点高度 Rz thepointheightofirregularities 轮廓最大高度 Ry maximumheightoftheprofile 表面粗糙度r 实际表面积与光滑表面积之比值 固体表面的不均一性 Ra 在取样长度L内轮廓偏距绝对值的算术平均值 又称 平均粗糙度 近似值 1 1 1 2 Rz 在取样长度内5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和 微观不平度十点高度 Rz 1 3 Ry 在取样长度L内轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离 如果图面没标注粗糙度选用Ra Rz Ry的情况下应选用Ra 轮廓最大高度 Ry 平均高度hav 固体表面粗糙度的定量其它方法 均方根平均高度hrms 平均方根粗糙度 RMS 1 4 1 5 1 6 粗糙表面的类型 甲虫的外观 金龟子及其表面微结构 OrderedSurfaceStructures OrderedSurfaceStructures ScanningelectronmicrographofthespecialzoneoftheTiO2porousfilmsonITOglass 1 干涉法适合测量精密表面2 光学轮廓法3 探针法4 比较法5 感触法 表面粗糙度测定方法 空间的多束光传播时 在它们的重叠区域会发生干涉 两束光迭加后其光强的分布并非均匀 光强随光程差D的变化按余弦规律变化 从一个亮条纹到另一个亮条纹 具有相同光程差的点必然分布在同一条纹上 因此 只要知道光波的波长就可以测得表面微观不平度 h N 2 N是干涉条纹弯曲度 一般为几个或零点几个干涉条纹的宽度 激光波长 干涉法 3D非接触表面轮廓仪 ZygoMaxim3D5700表面轮廓仪实际采用的是干涉显微镜技术由高度值h可计算出rms 公式为式中N为取样点数 hi为高度值 最后 由下式可计算出超光滑光学表面高度值 未排除系统误差的被测硅片表面三维轮廓 排除系统误差的被测硅片表面真实三维轮廓 探头和被测工件表面稳定接触 内置电池驱动探头工件表面上移动 SPM扫描探针显微镜 SEM AFM线性剖面图 AFM立体显示图 Averageroug