在固体物理中,理想晶体是由一种称之为“原胞”的结构单位,在三维空间中重复排列而形成的一个无限“连续体”。但是实际存在的各种物质并非如此,它们都有尽头,这个尽头便是不同物质的交界处,即所谓的界面。人们习惯地将固一气界面和液一气界面称之为表面。在凝聚态物理的发展中己经形成了一个新的分支—表面物理学,其研究对象是固体表面一层或几层原子的行为。
在固体表面,无论是组分上还是结构上都与体内有所不同:一是表面组分与体内组分不同。合金滴胶加工中某种元素在表面富集,即形成表面聚集(Su川五ceSegregation)。此外,在表面处往往还有一些外来的吸附原子。这些外来原子由于范德瓦耳斯力的作用,或是价电子部分交叠或转移而被吸附在表面上,某些活性原子也可能同基体原子形成表面合金或化合物。二是表面的原子排列与体内不同。因为晶体中原子的周期性排列在表面突然中断,于是在表面出现所谓的重构(Reeonstruetion)和驰豫(Relaxation)现象。晶体表面周期性排列的中断还会使表面出现各种各样的缺陷如台阶(steP)、弯折(kink)、空位(vacancy)、吸附原子(adatom)、凸沿(ledge)等等。三是表面原子的电子结构和体内原子的电子结构不同。表面原子周围的电子无论是能量还是空间分布来说都不同于体内,它在很大程度上决定了物体表面的物理化学性质。
由于表面和体内具有上述不同点,使得物体表面的许多物理化学性质,如光学、电学、磁学、热学、机械和化学等性质都与体内不同。对于表面的这些性质的研究能够揭露许多表面现象的本质,诸如催化与表面吸附层和表面原子结构的关系,逸出功与表面吸附层和表面原子结构的关系,表面钝化、活化、腐蚀、脆性、发光等现象。因此对表面的研究不仅是一种基础理论工作,而且对国民经济建设也有很大作用。表面科学的理论性很强,涉及物理学、化学、生物学、材料科学等许多领域。但它又能解决实际问题,因而引起了各方面的强烈兴趣,被认为是当今发展最快、与技术关系最密切的前沿科学之一。
由两元和两元以上的成分组成的合金系统,在边界(包括自由表面和晶界等)附近区域的平衡成分与体成分大不相同。在合金的自由表面所发生的成分聚集现象称为表面聚集。合金表面聚集的研究最早是为了更好地理解与催化特性相关的现象。www.sanyexin.com除此之外,表面聚集还与材料表面的氧化、吸附、腐蚀、磨损、表面相变、晶体生长等表面敏感性能密切相关。为了深入理解和解释表面聚集现象,对合金表面聚集现象进行理论预测和指导,物理学家和材料学家从理论和实验方面对表面聚集现象进行了不少研究。无论是从实验上,还是从理论上来说,在研究表面聚集现象时都必须回答以下问题:
1.哪一种元素在表面聚集?2.在一定温度下,表面成分随体成分的变化怎样变化?温度和表面方向对表面聚集有哪些影响?3.表面成分聚集所影响的深度怎样?4.成分的剖面分布情况怎么样?振荡或单调分布?5.在给定的平行于表面的平面上,成分的变化情况?从结晶学的观点,可能出现重构现象,或是从化学的观点,可能出现两维有序或相分离。
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