材料表面与界面(2-1)

1、材料的表面与界面材料的表面与界面Surfaces and Interfaces Surfaces and Interfaces in Materialsin Materials第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识n固态界面的定义固态界面的定义: :固体材料的界面可以被定义为与两个固体紧密相连并将这固体材料的界面可以被定义为与两个固体紧密相连并将这两个固体隔离开来的与被分隔固体具有不同性质的二维薄层。两个固体隔离开来的与被分隔固体具有不同性质的二维薄层。n被分割的两个固体可以是同种物质，也可以是不同种物质。被分

2、割的两个固体可以是同种物质，也可以是不同种物质。 n界面层的厚度一般在几个原子层厚，当界面层厚度较大时，一般称之为界界面层的厚度一般在几个原子层厚，当界面层厚度较大时，一般称之为界面相或界面层面相或界面层。 。n固体材料的表面是与其周围的环境（通常指气体）所形成的特殊界面，在固体材料的表面是与其周围的环境（通常指气体）所形成的特殊界面，在环境为真空时为理想状态下固体材料的表面。环境为真空时为理想状态下固体材料的表面。 n重点介绍有关重点介绍有关“固固气气”和和“液液气气”的表面问题和的表面问题和“固固固固”和和“固固液液”的界面问题的基础知识。的界面问题的基础知识。 n表面和界面能量和结构是表

3、面和界面研究的最基础问题，因此本章将从能表面和界面能量和结构是表面和界面研究的最基础问题，因此本章将从能量和结构两方面来介绍表面与界面的有关基础知识。量和结构两方面来介绍表面与界面的有关基础知识。 Surface, interface, grain boundary, interfacial phase, interfacial layer, coherent interface, incoherent interface. 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识n研究液体晶体结构研究液体晶体结构的基本假的基本假设设： ： （1）组成液体的原子（或分子）分布均匀、连贯、无

4、规则；）组成液体的原子（或分子）分布均匀、连贯、无规则； （2）液体中没有晶态区域和能容纳其它原子或分子的孔洞；）液体中没有晶态区域和能容纳其它原子或分子的孔洞； （3）液体的结构主要由原子间形成的排斥力所决定。）液体的结构主要由原子间形成的排斥力所决定。因此可以使用固态因此可以使用固态“刚性球刚性球”模型解决液体结构问题。模型解决液体结构问题。 n液体结构中近邻原子数一般为液体结构中近邻原子数一般为511个（呈统计分布），平均为个（呈统计分布），平均为6个，与固态晶体密排结个，与固态晶体密排结构的构的12个最近邻原子数相比差别很大。这种配位数的差别是液态与固态结构差别的重要个最近邻原子数相比

5、差别很大。这种配位数的差别是液态与固态结构差别的重要特征之一。特征之一。 n液体结构的这种刚性球自由密堆（液体结构的这种刚性球自由密堆（Dense Random Packing，简称，简称DRP）还可以用间）还可以用间隙多面体来表示，其中原子处在多面体间隙的顶点隙多面体来表示，其中原子处在多面体间隙的顶点 Crystal structure, long-range order, short-range order, disorder, Coordination number, 2.1 液体的表面液体的表面 2.1.1 液体的液体的结结构构 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基

6、础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.1 液体的液体的结结构构 液体自由密堆结构的液体自由密堆结构的5种理想间隙：种理想间隙：(a)四面体间隙；四面体间隙；(b) 八面八面体间隙；体间隙；(c)三棱柱的侧表面被覆盖三棱柱的侧表面被覆盖3个半八面体间隙；个半八面体间隙；(d)阿阿基米德反棱柱被覆盖基米德反棱柱被覆盖2个半八面体间隙；个半八面体间隙；(e)正方十二面体。正方十二面体。 (a)(b)(c)(d)(e)第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.1 液体的液体的结结构构 由由73%个四面体间隙和个四面体间隙和20%个八面体间隙

7、组成的自由密堆结构的最个八面体间隙组成的自由密堆结构的最大致密度为大致密度为64%。与之相比，。与之相比，67%个四面体间隙和个四面体间隙和33%个八面体间个八面体间隙组成的晶体密排结构的最大致密度可以达到隙组成的晶体密排结构的最大致密度可以达到74% 在刚性球模型中在刚性球模型中5种多面体间隙出现的比例种多面体间隙出现的比例多面体间隙种类多面体间隙种类 数量百分比（数量百分比（%） 体积百分比（体积百分比（%）四面体四面体 73.0 48.4二分之一八面体二分之一八面体 20.3 26.9三棱柱三棱柱 3.2 7.8阿基米德反棱柱体阿基米德反棱柱体 0.4 2.1正方十二面体正方十二面体 3

8、.1 14.8第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.1 液体的液体的结结构构 n液体的原子结构可以用液体的原子结构可以用X射线衍射方射线衍射方法进行实验测定。测定结果通常用法进行实验测定。测定结果通常用径向分布函数来表征。径向分布函数来表征。n为了将自由密堆模型与实验结果进为了将自由密堆模型与实验结果进行对比，我们来看一下材料从其熔行对比，我们来看一下材料从其熔点开始加热过程中原子的变化行为。点开始加热过程中原子的变化行为。n在在0 K 温度时，一个具有密堆结构的温度时，一个具有密堆结构的面心立方晶体中，每个原子被其周面心立方晶体中，

9、每个原子被其周围与其径向距离为围与其径向距离为r = re的的12个最近个最近邻原子所包围（在双原子模型中，邻原子所包围（在双原子模型中，r为两原子间距离，为两原子间距离，re为势能最低时的为势能最低时的两原子间距）；被与其径向距离为两原子间距）；被与其径向距离为r =21/2re的的6个次近邻原子所包围；被个次近邻原子所包围；被与其径向距离为与其径向距离为r =31/2re的的24个远近个远近邻原子所包围邻原子所包围 001020re2rer(a)N(r)面心立方晶体（T = 0K）0 K 温度温度时时具有密堆具有密堆结结构构的面心立方晶体的面心立方晶体的原子径的原子径向分布函数向分布函数

10、Radial Distribution Function (RDF)第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.1 液体的液体的结结构构 n随着温度升高（低于材料熔点随着温度升高（低于材料熔点Tm），），原子间距增加，原子震动幅度提高，原子间距增加，原子震动幅度提高，但仍然保持有序结构。但仍然保持有序结构。n这时的原子数量的变化不再是一系这时的原子数量的变化不再是一系列离散的线，所以再用原子数量列离散的线，所以再用原子数量（N(r)）来表示不同径向距离（）来表示不同径向距离（r）处原子的分布就显得不太合适，而处原子的分布就显得不太合适，而通

11、常采用的方法是用在不同径向距通常采用的方法是用在不同径向距离（离（r）处原子出现的密度来表示。）处原子出现的密度来表示。n用密度分布函数用密度分布函数(r)（Density distribution function）来代替离散的）来代替离散的数量值数量值N(r)时，分布函数的峰值就代时，分布函数的峰值就代表了在距离中心原子表了在距离中心原子r处原子出现的处原子出现的概率。概率。在较高温度（低于熔点在较高温度（低于熔点Tm）时具有密堆结构的）时具有密堆结构的面心立方晶体的原子径向面心立方晶体的原子径向密度分布函数密度分布函数 002rereN(r)r面心立方晶体（T Tm）r第第2章章 材料表

12、面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.1 液体的液体的结结构构 n液体的原子结构存在以下三个主要特征：液体的原子结构存在以下三个主要特征：（1）液体结构中近邻原子数一般为）液体结构中近邻原子数一般为511个（呈统计分布），平均为个（呈统计分布），平均为 6个，与固态晶体密排结构的个，与固态晶体密排结构的12个最近邻原子数相比差别很大；个最近邻原子数相比差别很大；（2）在液体原子的自由密堆结构中，四面体间隙占了主要地位。）在液体原子的自由密堆结构中，四面体间隙占了主要地位。（3）液体原子结构在几个原子直径范围内是短程有序的，而长程是）液体原子结构在几个原

13、子直径范围内是短程有序的，而长程是 无序的。无序的。 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 在液体的内部，任何分子周围的吸引力都是平衡的，可是在液体在液体的内部，任何分子周围的吸引力都是平衡的，可是在液体表面层的分子却不相同。液体表面层的分子，一方面受到液体内层表面层的分子却不相同。液体表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大，因此在液体表面层中，每个分子都受到一前者的作用要比后

14、者大，因此在液体表面层中，每个分子都受到一个垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。这种吸引力使表面上的个垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。这种吸引力使表面上的分子趋向于挤入液体内部，促成液体的最小表面积。要使液体的表分子趋向于挤入液体内部，促成液体的最小表面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗液体内部分子的吸引力而做功，从而增加分面积增大就必须要反抗液体内部分子的吸引力而做功，从而增加分子的位能。所以说，子的位能。所以说，分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这种位能就是液体的表面能种位能就是液体的表面能。液体的表面能在数值上等于液体的表面。液体的表面能

15、在数值上等于液体的表面张力。液体的表面能是从能量角度来描述液体的能量状态，而表面张力。液体的表面能是从能量角度来描述液体的能量状态，而表面张力是从液体的力学角度来描述液体的能量状态。张力是从液体的力学角度来描述液体的能量状态。 Surface energy, Surface tension第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 液体的表面能首先是一个存在于液体整个表面的可测量的作用力。液体的表面能首先是一个存在于液体整个表面的可测量的作用力。这种作用力来源于原子或分子间的吸引力，使原子或分子间尽可能这种作用

16、力来源于原子或分子间的吸引力，使原子或分子间尽可能地保持在它们之间的引力和斥力达到平衡时的距离。在这种力的作地保持在它们之间的引力和斥力达到平衡时的距离。在这种力的作用下，液体表面层的原子或分子受到内部原子或分子的吸引，趋向用下，液体表面层的原子或分子受到内部原子或分子的吸引，趋向于挤入液体内部，使液体表面积缩小，因此于挤入液体内部，使液体表面积缩小，因此在液体表面的切线方向在液体表面的切线方向始终存在一种使液体表面积缩小的力。液体表面的这种作用力被称始终存在一种使液体表面积缩小的力。液体表面的这种作用力被称为液体的表面张力为液体的表面张力。 液体的表面张力始终是沿着液体表面的切线方向。液体的

17、表面张力始终是沿着液体表面的切线方向。 （1）液体的表面张力）液体的表面张力 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 fl C D AB液体表面张力示意图液体表面张力示意图f = 2l = f/2l （1）液体的表面张力）液体的表面张力 的单位：N/m第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 液体的表面张力大小受很多因素的影响。如液体的表面张力大小受很多因素的影响。如果不考虑液体内部其它组元向液体表面的偏聚和果不考虑液体内

18、部其它组元向液体表面的偏聚和液体外部组元在液体表面的吸附，液体表面张力液体外部组元在液体表面的吸附，液体表面张力大小主要受大小主要受物质本身结构、所接触的介质和温度物质本身结构、所接触的介质和温度的影响。的影响。（1）液体的表面张力）液体的表面张力 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 液体中原子或分子间的结合能越大，表液体中原子或分子间的结合能越大，表面张力越大。具有金属键原子结合的物质的面张力越大。具有金属键原子结合的物质的表面张力最大；其次由大到小依次为：离子表面张力最大；其次由大到小依次为：离子键

19、结合的物质、极性共价键结合的物质、非键结合的物质、极性共价键结合的物质、非极性共价键结合的物质。极性共价键结合的物质。 具有不同结合键物质的表面张力具有不同结合键物质的表面张力结合键结合键物质物质测量温度（测量温度（）表面张力（表面张力（Nm-1）金属键Fe15351.880Cu10241.250Zn4200.768Mg6490.583离子键NaCl10000.098KCl9000.090RbCl8280.089CsCl8300.078共价键Cl2-200.025O2-1830.007N2-1830.013H2O180.073（1）液体的表面张力）液体的表面张力 Metallic bondEl

20、ectrovalent bondCovalent bond第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能越高，液体的表面张力越小；反之，介质子结合能越高，液体的表面张力越小；反之，介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能越低，液体的表面张力越大。越低，液体的表面张力越大。 水和水银在不同介质环境下的表面张力水和水银在不同介质环境下的表面张力液液 体体介介 质质表面张力（表面张

21、力（Nm-1）水 银酒 精0.3643苯0.3620水空 气0.0730苯0.0326戊 醇0.0044（1）液体的表面张力）液体的表面张力 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 液体的表面张力还与温度有关。温度升高，液体的密度降低，液体的表面张力还与温度有关。温度升高，液体的密度降低，液体内部原子或分子间的作用力降低，因此液体内部原子或分子对液体内部原子或分子间的作用力降低，因此液体内部原子或分子对表面层的原子或分子吸引力减弱，导致液体的表面张力下降。最早表面层的原子或分子吸引力减弱，导致液体的表面张力

22、下降。最早给出的预测液体表面张力与温度关系的半经验表达式为：给出的预测液体表面张力与温度关系的半经验表达式为： = 0(1T/Tc)n 式中式中Tc为液体的气化温度，为液体的气化温度，0为为K时液体的表面张力。从公式可时液体的表面张力。从公式可以看出，当以看出，当T=Tc时液体的表面张力为零。这是因为当温度达到液时液体的表面张力为零。这是因为当温度达到液体与气体的临界温度时，液体与气体接近一致，液体与气体的界面体与气体的临界温度时，液体与气体接近一致，液体与气体的界面消失。当公式中的指数消失。当公式中的指数n为为1时，液体的表面张力与温度呈线性关系。时，液体的表面张力与温度呈线性关系。大量的实

23、验结果表明，对于一般的液态金属，大量的实验结果表明，对于一般的液态金属，n=1.2。（1）液体的表面张力）液体的表面张力 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 对液体的表面张力随温度变化的实验测试结果还表明，对液体的表面张力随温度变化的实验测试结果还表明，单组元液体的表面张力温度系数（单组元液体的表面张力温度系数（d/dT）为负值。一般）为负值。一般液体的表面张力温度系数为液体的表面张力温度系数为0.10.2，其绝对值低于一般，其绝对值低于一般固体的表面张力温度系数（平均为固体的表面张力温度系数（平均为0

24、.45 ）。另外，实验）。另外，实验结果还表明，随液体表面张力的提高，液体的表面张力温结果还表明，随液体表面张力的提高，液体的表面张力温度系数提高。值得注意的是，对于多组元系统，液体的表度系数提高。值得注意的是，对于多组元系统，液体的表面张力温度系数可能不为负值，因为液体中溶质的表面偏面张力温度系数可能不为负值，因为液体中溶质的表面偏聚可能导致相反的结果。聚可能导致相反的结果。（1）液体的表面张力）液体的表面张力 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 一些液态金属的表面张力温度系数一些液态金属的表面张力温

25、度系数金属金属d/dT金属金属d/dT金属金属d/dTLi 0.015Al 0.14Fe 0.21Na0.10Ga 0.10Co 0.25K 0.065In 0.10Cu 0.20Rb 0.06Tl 0.12Nb 0.18Cs 0.05Sn 0.10Mo 0.20Mg 0.13Pb 0.19Ag 0.16Ca 0.10Bi 0.09Ta 0.20Sr 0.085Ti 0.20Os 0.25Ba 0.075Cr 0.19Ir 0.23Hg 0.18Mn 0.21Au 0.14（1）液体的表面张力）液体的表面张力 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的

26、表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 水的表面张力随温度的升高而下降的趋势。这一变化规律可以从两个水的表面张力随温度的升高而下降的趋势。这一变化规律可以从两个方面进行解释：一方面，随温度升高，水的体积膨胀，内部分子间距离增方面进行解释：一方面，随温度升高，水的体积膨胀，内部分子间距离增大，导致水中内部分子对表面分子的吸引力降低；另一方面，随温度升高，大，导致水中内部分子对表面分子的吸引力降低；另一方面，随温度升高，蒸汽压提高，气相中的分子对水表面分子的吸引力增大。蒸汽压提高，气相中的分子对水表面分子的吸引力增大。 不同温度下水的表面张力不同温度下水的表面张力0204060800.0620

27、.0640.0660.0680.0700.0720.0740.076 温度/表面张力/ Nm-1（1）液体的表面张力）液体的表面张力 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 如果要把液体内部的原子或分子移动到液体表面，增大液体的表面积，则必须如果要把液体内部的原子或分子移动到液体表面，增大液体的表面积，则必须对液体做功来克服指向液体内部的合力。根据热力学第二定律，在等温等压可逆过对液体做功来克服指向液体内部的合力。根据热力学第二定律，在等温等压可逆过程中，外界对体系所做的最大非体积功等于体系自由能的增加，即

28、：程中，外界对体系所做的最大非体积功等于体系自由能的增加，即：外界对液体体系做功示意图外界对液体体系做功示意图 （2）液体的表面自由能）液体的表面自由能 GT, P = W可 W可 = f x W可 = 2lx =S G =S dG =dS Sxfl C D AB第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 由于液体具有很好的流动性，所以液体形状的改变不需要额外提供能由于液体具有很好的流动性，所以液体形状的改变不需要额外提供能量，因此可以认为这种体系自由能的增加主要是由于体系表面积增大而产量，因此可以认为这种体系

29、自由能的增加主要是由于体系表面积增大而产生的，所以也可称之为表面自由能生的，所以也可称之为表面自由能G表。即：表。即： dG表 =dS G表 =S = G表/S 一个液体体系表面自由能在数值上等于表面张力和表面积的乘积 表面张力是单位表面积的表面自由能。所以液体的表面张力又被称为比表面自由能 一个液体体系在等温等压可逆条件下发生变化时，体系的表面积和表一个液体体系在等温等压可逆条件下发生变化时，体系的表面积和表面张力都可能发生变化。根据热力学自由能最小原理，一个过程是否能够面张力都可能发生变化。根据热力学自由能最小原理，一个过程是否能够自发进行，取决于体系表面自由能的变化。即：自发进行，取决于

30、体系表面自由能的变化。即： dG表表 =dS + Sd 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 各种金属在其熔点温度下的摩尔表各种金属在其熔点温度下的摩尔表面能与金属汽化热之间的关系面能与金属汽化热之间的关系 （3）液体的物理性能与表面能的关系）液体的物理性能与表面能的关系 KZnAgSnAlCuAuCrNiCoFeTiPtMoTaW0150300450600750900020406080100120摩尔表 面能 (kJ/mole)气化热 (kJ/mole) 液体在其熔点温度下的表面液体在其熔点温度下的表面

31、能与其汽化热之间的关系可由能与其汽化热之间的关系可由下面经验公式表达：下面经验公式表达：m = C0Hv / Vm 式中式中Hv为液体的汽化为液体的汽化热，热，Vm为液体的摩尔体积，为液体的摩尔体积，下角标下角标m表示在液体熔点温表示在液体熔点温度下得到的数值。常数度下得到的数值。常数C0=1.8109。 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 根据图中所示的各种根据图中所示的各种金属在其熔点温度下金属在其熔点温度下的表面能与其熔点温的表面能与其熔点温度之间简单的线性关度之间简单的线性关系，我们可以十分方系

32、，我们可以十分方便地得到各种金属在便地得到各种金属在其熔点温度下的表面其熔点温度下的表面能数据。能数据。 WReOsTaNbIrRuRhRhVCoNiFePtTiMoZrCrPdBeSiCuAuAlZnAgGeCaBaSbMgCdPbBiInHgLiTeSeNaKRb05001000150020002500300035004000050010001500200025003000表表面面能能 (mJ/m2)熔点熔点(K)各种金属（包括半导体元素）在其熔点温度下的表各种金属（包括半导体元素）在其熔点温度下的表面能与金属熔点温度的关系面能与金属熔点温度的关系 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料

33、表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 液体中溶质原子向液体液体中溶质原子向液体表面偏聚可以降低液体表面偏聚可以降低液体的表面能，因此是自发的表面能，因此是自发进行的过程。进行的过程。表面能随组成液体的比表面能随组成液体的比例变化越大，产生表面例变化越大，产生表面偏聚倾向性越大。偏聚倾向性越大。 一些二元液态合金的表面能（一些二元液态合金的表面能（）随合金组成的变化规律随合金组成的变化规律 （4）液体的表面偏聚）液体的表面偏聚 5010001000500015002000 Cu-Sn(1150) Fe-Sn(1550)NiAuCdCuFeFeFe

34、AgAgSnSn合金元素含量合金元素含量(wt%)表表面面能能 (mJ/m2) Ni-Fe(1550) Au-Ag(1108) Cd-Sn(450)Surface segregation第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 溶质含量较少的液态合金产生表面偏聚的倾向性与液态合金溶质含量较少的液态合金产生表面偏聚的倾向性与液态合金的等温压缩率（的等温压缩率（Isothermal compressibility，用，用表示）有关。表示）有关。使液体使液体增大的溶质原子具有产生表面偏聚的倾向性，因此增大的溶质原子

35、具有产生表面偏聚的倾向性，因此产生表面偏聚的条件为：产生表面偏聚的条件为： 式中式中C为溶质的浓度。也就是说，在液体中，如果溶质的等为溶质的浓度。也就是说，在液体中，如果溶质的等温压缩率高于溶剂，则该溶质将具有向液体表面偏聚的倾向温压缩率高于溶剂，则该溶质将具有向液体表面偏聚的倾向性。另外，溶质原子是否发生表面偏聚，还受到溶质原子和性。另外，溶质原子是否发生表面偏聚，还受到溶质原子和溶剂原子的尺寸差影响。溶剂原子的尺寸差影响。 （4）液体的表面偏聚）液体的表面偏聚 (d/dC)C=0 0 Surface segregation第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1

36、液体的表面液体的表面 2.1.2 液体的表面能液体的表面能 合金元素对一些低合金含量二元液态金属产生表面偏聚倾向性的影响合金元素对一些低合金含量二元液态金属产生表面偏聚倾向性的影响溶剂溶剂溶质溶质溶质与溶剂等温压缩率比较（溶质与溶剂等温压缩率比较（10-11 m2/N）是否发生表面偏聚是否发生表面偏聚HgCd, Ag, Sn, Pb, Mg, Tl, Sr, Ba, Na, Li, K,Rb, CsCo, Bi, Zn, Cu2 = 3.8; Sr, Ba和碱金属：1 2；其它元素：1 2 （原子尺寸起决定因素）所有元素：1 2Cd元素：1 2；其它元素：1 2所有元素：1 2发生表面偏聚不发

37、生表面偏聚AlZn, Li, Bi, PbMg, Sb, Sn2 = 1.4; 所有元素：1 2所有元素：1 2发生表面偏聚不发生表面偏聚CuSb, Sn, Ag, Au2 = 0.75; Sb, Sn和Ag：1 2；Au：1 2（原子尺寸起决定因素）不发生表面偏聚发生表面偏聚AgCu2 = 1.0; 1 2发生表面偏聚不发生表面偏聚SbCd, Zn, Pb2 = 2.7; 1 2发生表面偏聚不发生表面偏聚PbBi, K, Na, CaSn2 = 2.3; 所有元素：1 21 2发生表面偏聚不发生表面偏聚第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面

38、2.1.3 弯曲液面的附加弯曲液面的附加压压力力 P外外P外外+P附附P外外P附附(a) 平液面 (b) 凸液面 (c) 凹液面P附dV = dA P附 = (dA/dV) = 2/r r气泡气泡P附附 + P大气压大气压P大气压大气压液体液体活塞活塞附加压力与曲率半径关系示意图附加压力与曲率半径关系示意图 当液面为凸液面时，液面曲率半径为正值，则产当液面为凸液面时，液面曲率半径为正值，则产生的附加压力亦为正值，附加压力的方向指向液体的生的附加压力亦为正值，附加压力的方向指向液体的内部；当液面为凹液面时，液面曲率半径为负值，则内部；当液面为凹液面时，液面曲率半径为负值，则产生的附加压力亦为负值，附加压力的方向指向液体产生的附加压力亦为负值，附加压力的方向指向液体的外部；如果液面为平面时，液面曲率半径为无穷大的外部；如果液面为平面时，液面曲率半径为无穷大值，则产生的附加压力为零。值，则产生的附加压力为零。 第第2章章 材料表面与界面的基础知识材料表面与界面的基础知识2.1 液体的表面液体的表面 2.1.3 弯曲液面的附加弯曲液面的附加压压力力 任意曲面微小长方形单元示意图任意曲面微小长方形单元示意图 CBADDCBAOOx+dxy+dyxydrr2r1dS (x + dx)(y + dy) xy