固体材料界面化学与物理

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1、1.表面、界面、表面张力、表面能的基本涵义，表面张力和表面能在固态下有何差别？答：表面和界面通常是指一个相到另一个相的过渡区域。习惯上把凝聚相和气相之间（固相-气相、液相-气相）的分界面称为表面，把凝聚相之间（固相-固相、液相-液相、固相-液相）的分界面称为界面。界面张力是指引起物体表面收缩的单位长度上的力，单位N·m-1；表面能是指系统增加单位表面积所需的可逆功，单位J·m-2。所以表面能与表面张力在数值上不相等，因为固体的表面能中包含了弹性能，但量纲相同。2.一般来说，同一物质，其固体的表面能要比液体的表面能大，试说明原因。答：①固体的表面自由能中包含

2、了弹性能，表面张力在数值上不等于表面自由能，液体的表面张力等于表面能。②固体的表面张力是各向异性的。③实际固体的表面绝大多数处于非平衡状态，决定固体表面形态的主要是形成固体表面时的条件，以及他所经历的历史。④固体的表面自由能和表面张力的测定非常困难。3.固体的真实表面具有怎样的结构和特点？答：①从原子尺度上看，实际固体表面并非光滑的而是凹凸不平的。②绝大多数晶体是各向异性的，因而同一晶体可以有许多性能不同的表面。③同一物质制备和加工条件不同也会有不同的表面性质。④晶格缺陷、空位或者位错会造成表面不均匀。⑤在空气中暴露，表面被外来物质所污染，吸附外来原子占据

3、不同的表面位置，形成有序或无序排列，也会引起表面不均匀。⑥无论表面进行多么严格的清洁处理，总会有一些杂质由体内偏析到表面上，从而使固体表面组成与体内不同，由于表面偏析造成表面不均匀。4粗糙度的概念和作用？答：表面粗糙度用来描述表面不平整的程度，是指加工表面上具有的由较小间距的谷峰所组成的微观几何形状特性。其作用：使表面力场发生变化；直接影响固体的表面积以及内外表面积的比值，以及相关的属性；与两种材料间的峰接和啮合强度有关。5.吸附的基本概念及物理吸附与化学吸附的特点。答：吸附是指一种或几种物质在另一种物质表面自动发生积累或浓集的过程。主动吸附的为吸附剂，被

4、动吸附的为吸附质。吸附特点：物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键吸附热较小（液化热）较大（反应热）选择性无选择性有选择性稳定性不稳定，易解吸（可逆）稳定（不可逆）分子层单分子层或多分子层单分子层吸附速率较快，受温度影响小较慢，受温度影响大吸附活化能不需要需要而且很高吸附层结构基本同吸附质结构形成新的化合态吸附温度低温高温6.固体在溶液中吸附有哪些规律性？答：①能使固体表面自由能降低的多的物质较易被吸附。②与固体有相同性质或与固体晶格大小适当的离子较易被吸附，极性的吸附剂易于吸附极性的溶质，非极性的吸附剂易于吸附非极性的溶质。③当有强电解质存在时可是吸附量发

5、生变化，无机盐的存在可使有机物水溶液中溶质的吸附量增加。④吸附过程多数是放热的，故吸附量常随温度升高而下降。⑤吸附剂的化学组成及其表面性质对吸附作用有很大影响。⑥溶解度小或吸附后生成配合物的物质易被吸附，溶解度越小的溶质越易被吸附。⑦固体表面带电时，较易吸附反离子或易被极化的离子。7.热喷涂技术的特点？答：优点：①取材范围广；②可用于各种基体（金属、陶瓷、高分子）；③可使基体保持较低的温度；④功效高；⑤被喷涂物体的大小一般不受限制；⑥涂层厚度较易控制；⑦可赋予普通材料以特殊的表面性能；⑧成本低，经济效益显著。缺点：①结合力低，孔隙率高，涂层均匀性差；②喷涂

6、环境差，粉尘污染严重；③涂层材料利用率低。8.溶胶-凝胶涂层的特点？答：①反应可在较低温度下进行；②能制备高纯度、高均匀涂层；③可通过简单的设备在体积较大、形状复杂的衬底表面形成涂层；④可制备别的方法不能制备的材料，如有机-无机复合涂层；⑤可获得狭窄粒径分布、纳米级粒子尺寸的涂层；⑥很容易均匀定量的掺入一些微量元素，实现分子水平的均匀掺杂；⑦可通过多种方法改变薄膜的表面结构和性能。9.化学气相沉积（CVD）的特点？答：①可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物的涂层；②可以控制晶体的结构和结晶的方向排列；③可以控制镀层的密度和纯度；④镀层的化学成分可以改变，从

7、而获得梯度沉积物或者混合镀层；⑤能在复杂形状的基体上及颗粒材料上镀料，也可以在硫化床系统中进行；⑥涂层均匀、组织细微致密、纯度高、涂层与基体结合牢固。（缺点：涂层薄、速度慢）10.电镀的特点？答：电镀镀层的镀液成分复杂、有污染，而且要求基材必须导电，非导电材料可以先进行表面金属化处理，结合强度高，一般不需要再加工。11.复合镀需要满足的条件？答：①粒子在镀液中是充分稳定的，既不会发生任何化学反应，也不会促使镀液分解；②粒子在镀液中要充分润湿，形成分散均匀的悬浮液。为此，粒子都需要经过亲水处理，尤其是那些疏水粒子，更应该做充分的亲水处理，并要降低镀液的表面张

8、力，在这样才能形成悬浮性好的镀液；③镀液的性质要有利于固体粒子带正