西安交通大学XIANJIAOTONGUNIVERSITY固体的表面和界面现象及相关理论西安交通大学电气工程学院先进高电压与等离子体技术研究中心1898
西安交通大学 电气工程学院 先进高电压与等离子体技术研究中心 固体的表面和界面现象 及相关理论
诺贝尔奖获得者泡利曾说过：上帝创造了固体，魔鬼创造了表面”-2-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University
Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -2- 诺贝尔奖获得者泡利曾说过： “上帝创造了固体，魔鬼创造了表面”
表面与表面物理学习惯上主要两种不同物质凝聚态的交界区称为表面(Surface)，用“表面”来描述固相-气相、固相-液相或液相-气相等交界区，而对于固相-固相的交界区常称为“界面(Interface或Boundary)"表面与界面物理学(或称为表面物理学)主要研究表面与界面区的物理现象，它是二十世纪七于年代在固体物理的基础上发展起来的一门新兴边缘学科，是表面科学的一个分支。固体物理主要研究固体（晶体）内部的物理现象，而表面物理以表面界面现象作为研究对象表面物理的研究内容包括微观理论和宏观理论两部分，一方面在原子、分子水平上运用经典理论和量子理论研究固体表面的组成、原子结构及输运现象、电子结构与运动及其对表面宏观性质的影响等；另一方面在宏观尺度上，从能量的角度研究一系列的表面现象，在实验的基础上建立相应的方程，-3-《高电压绝缘专论》Xi'anJiaotong University
Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -3- q 两种不同物质凝聚态的交界区称为表面(Surface)，习惯上主要 用“表面”来描述固相气相、固相液相或液相气相等交界 区，而对于固相固相的交界区常称为“界面(Interface或 Boundary)” 。 q 表面与界面物理学(或称为表面物理学)主要研究表面与界面区 的物理现象，它是二十世纪七十年代在固体物理的基础上发展 起来的一门新兴边缘学科，是表面科学的一个分支。固体物理 主要研究固体(晶体)内部的物理现象，而表面物理以表面界面 现象作为研究对象。 q 表面物理的研究内容包括微观理论和宏观理论两部分，一方面 在原子、分子水平上运用经典理论和量子理论研究固体表面的 组成、原子结构及输运现象、电子结构与运动及其对表面宏观 性质的影响等；另一方面在宏观尺度上，从能量的角度研究一 系列的表面现象，在实验的基础上建立相应的方程。 表面与表面物理学
固体的表面一《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University
Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -4- 一 、固体的表面
表面与表面能量调整从材料科学来讲，固体的性质绝不仅仅取决于其内部性质它的表面（界面）特性也是至关重要的在固体的表面处，由于存在晶格的突然断裂、分子的折叠化学键的断裂、离子位错以及极化移位等，固体的周期性势场发生突然中断或明显的畸变，如果在该处原子仍按照内部的规则方式排列，则势必增大固体材料的表面能，为此，表面附近原子的排列必须进行调整，以减小表面能使系统更稳定。调整的方式通常有两种自行调整如弛豫、重构等，这使表面处原子排列与(1)内部有明显不同；靠外来因素，如吸附杂质、生成新相等。(2)由此可见，固体的表面或表面层实际上是材料与外围环境经过“融合适应”达到动态平的一个过渡交界区。-5-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University
Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -5- 表面与表面能量调整 q 从材料科学来讲，固体的性质绝不仅仅取决于其内部性质， 它的表面(界面)特性也是至关重要的。 q 在固体的表面处，由于存在晶格的突然断裂、分子的折叠、 化学键的断裂、离子位错以及极化移位等，固体的周期性 势场发生突然中断或明显的畸变，如果在该处原子仍按照 内部的规则方式排列，则势必增大固体材料的表面能。 q 为此，表面附近原子的排列必须进行调整，以减小表面能， 使系统更稳定。调整的方式通常有两种： Ø (1) 自行调整，如弛豫、重构等，这使表面处原子排列与 内部有明显不同； Ø (2) 靠外来因素，如吸附杂质、生成新相等。 q 由此可见，固体的表面或表面层实际上是材料与外围环境 经过“融合适应”达到动态平衡的一个过渡交界区