表面偏析与解析

1、1,PHY4890:表面与界面的偏析（ Surface and Interface Segregation ） 主讲教师：王江涌 汕头大学物理系2009,2,课程简介,特点:内容非常专+数学公式(推导)多+前沿课题 目的:通过一个具体的实例（偏析），了解从事一个课题的程序及其核心 如何学:认真听课，做好笔记，尽可能多地阅读有关文献 如何考:开卷 (填空+简答+计算注意：有些题目将是课堂上讲过，但并未写在课件上!),3,内容,引言； 平衡态的偏析理论； 动态的偏析理论； 偏析样品的制备及实验的测量； 偏析理论的实际应用；,4,1. 引言,1.1 偏析现象：,表面 偏析,5,表面偏析,AFM im

2、ages of the sulfur overlayer on titanium surface exhibiting patterns, after annealing 3 h at 750 oC; J. Phys.: Condens. Matter 13 (2001) 79237935,6,2D reconstruction perpendicular to the cylindrical sample axis showing grain boundaries in polycrystalline Al: (a) before application of Ga; (b) after a

3、pplication of Ga and an annealing of 4 h at 323 K; (c) after 2 h of additional annealing at 573 K. Materials Science and Engineering A281 (2000) 198.,界面（晶界）偏析,7,Scanning Electron Micrographs （SEM） of the fracture surfaces of (A) pure and (B) Bi-doped Cu. The transformation from ductile （柔软的 ）to brit

4、tle （易碎的 ）intergranular fracture （晶间断裂）is clearly demonstrated.,界面（晶界）偏析,A,B,8,1.2 偏析及偏析的驱动力： 合金材料中，溶（杂）质原子在界面（如表面，晶界）和体内之间重新分布，从而导致溶（杂）质原子在界面的浓度远大于体内的浓度，这一现象被称之为偏析。偏析的驱动力乃是降低体系的Gibbs自由能1.3 偏析的应用：脆性断裂(brittle fractures); 晶界的扩散(GB diffusion); 腐蚀(corrosion); 催化(catalytic field)危害：主要表现在材料的断裂往往是沿晶界断裂！如飞

5、机机体，汽车发动机部件，压力容器，核反应堆，；有益：主要表现在材料的改性如利用表面偏析改变材料的抗氧化，抗腐蚀的特性，提高催化效率等；利用晶界偏析改变材料的韧性等。,9,1. 偏析理论的发展： 宏观理论:a. Langmuir-McLean model(1957)无相互作用的平衡偏析方程；b. Bragg-Williams expression(1973)有相互作用的平衡偏析方程；c. Guttmann formula(1975)多元系的平衡共偏析方程；d. Modified Darken model(1988)多元系的平衡及动态偏析方程；e. 微观理论：a. Ab initio; b. Monte Carlo model;c. EAM(embeded-atom method); d. DFT(density-functional theory);e. ,10,1. 偏析的测量：间接的方法，如金相，XRD，表面能（微