2022年界面物理化学复习知识点 .pdf
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1、界面物理化学复习知识点绪论1、界面定义界面:物体与物体之间的接触面,也称两种物质之间的接触面、连接层和分界层。复合材料的界面是指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、 能起载荷传递作用的微小区域。界面通常包含以下几个部分:基体和增强物的部分原始接触面;基体与增强物相互作用生成的反应产物,此产物与基体及增强物的接触面;2、复合材料定义: 用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分(或称组元),通过人工复合、组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。外加颗粒增强和内生颗粒增强复合材料的比较3、界面连接情况根据界面的连接紧密程度,界面连接有两种情况: 物质之
2、间无相互渗透和物质之间有相互渗透4、界面所起的作用界面的效应(1) 传递效应界面能传递力,即将外力传递给增强物,起到基体和增强物之间的桥梁作用。(2) 阻断效应结合适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 13 页(3) 不连续效应在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象,如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。(4) 散射和吸收效应光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收,如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击及耐热冲击性等。(5) 诱导效应一
3、种物质 ( 通常是增强物 ) 的表面结构使另一种( 通常是聚合物基体 )与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变,由此产生一些现象,如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性和耐热性等界面效应是任何一种单一材料所没有的特性,它对复合材料具有重要的作用。界面效应既与界面结合状态、形态和物理- 化学性质有关,也与复合材料各组分的浸润性、相容性、扩散性等密切相关。5、物质固液气态,表现出的界面种类,举例说明气液界面 :蒸发、蒸馏、表面张力、泡沫。蒸发部分液相分子在一定温度下转换为气相分子;蒸馏液体分子蒸发后, 部分气相分子凝结为液相分子。液液界面 :乳液、界面张力。乳液两不互溶液体相互接触时,一相的微滴分散
4、在另一项的液体内,微滴对光线发生漫射反射; 界面张力互不相溶的两相液体接触界面上所特有的一种力。气/ 固界面 :气体吸附、气蚀、升华、灰尘、催化反应、 固体的分解。气体吸附吸附剂吸收气体的一种作用;气蚀如汽轮机的叶片,长期受喷射气体的冲刷所发生的腐蚀;升华固体直接气化的现象;灰尘固体的微粒悬浮于空气中。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 13 页液固界面 :电解、高分子晶体、焊接、润湿、接触角、浮选、润滑、催化。电解电极浸入电解液中通直流电后,发生的电解反应;高分子胶体聚合物的微粒分散在水或其他介质中,形成的胶体溶液;焊接如
5、熔焊的焊锡(液体)焊接金属(焊锡焊接冷却后则是固/固界面) ;润湿液体在固体表面上铺展开来。固固界面 :焊接接头、摩擦、磨损、合金、固相反应。焊接接头焊缝使两固体被粘物牢固结合并成为一个整体;摩擦两个固体相互接触并相对移动的现象; 磨损两块固体互相接触并相对滑动时,表面层掉落下来成为磨屑,表面因此而发生的损失;合金一种金属的晶体分布在另一种金属里;固相反应两种混合的固体,在一定条件下发生的化学反应。6、计算材料学从一个不同尺度范畴考虑界面性质7、弛豫,结构重构的含义弛豫:原子核从激发的状态恢复到平衡排列状态的过程叫弛豫过程。它所需的时间叫弛豫时间。8、固体与固体的界面分为晶界、相界晶界:晶界是
6、结构相同而取向不同晶粒之间的界面。相界:由结构不同或结构相同而点阵参数不同的两块晶体相交接而形成的界面。9、根据原子排列结构差别,相界分为共格、半共格、非共格(1)共格界面: 两晶相具有相同的原子分布方式及相近的原子间距,两相的晶格在界面上能够相互衔接,一一对应,以致晶界两精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 13 页侧的点阵越过界面是连续的,这种界面称为共格界面。(2)半共格界面:界面两侧的晶体点阵的对应晶面的面间距存在一定差异,两侧的晶体点阵具有连续性但每隔一定距离需要产生一个错配位错来容纳晶面间距差异的界面。(3)非共格
7、界面:界面两侧的晶体点阵完全不存在连续性的界面。10、界面结合五种类型(1) 机械结合。材料在结合面之间的机械啮合, 机械啮合作用越强,界面结合力越大,特别是界面剪切强度增加幅度更大。(2)静电作用结合。结合面带有的异性电荷产生静电作用,使界面结合强度增加,结合力取决于电荷量。(3)化学结合。材料在结合面之间发生电子转移,形成界面原子间的化学键结合。化学结合强度取决于键的类型和单位面积键的数量。(4) 界面扩散结合。在一定条件下, 材料在结合面处发生扩散现象,形成扩散结合。(5)界面化学反应。材料在结合面发生化学反应生成新相。11、界面缺陷类型12、界面研究的意义第一章晶体界面的基础知识1、
8、(1)晶体: 规则结构,分子或原子按一定的周期性排列。长程有序性,有固体的熔点。 E.g. 水晶、岩盐。(2)非晶体 :非规则结构,分子或原子排列没有一定的周期性。短程有序性,没有固定的熔点。玻璃、橡胶。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 13 页(3) 准晶体 : 有长程的取向序,沿取向序的对称轴方向有准周期性,但无长程周期性。2、晶体宏观性质1)周期性:从原子排列的角度来讲 ( 均一性从宏观理化性质的角度来讲);2)宏观对称性; 3)各向异性和解理性。例如,云母的解理性; 4)固定的熔点。3、晶体结构及配位数(配位数:一
9、个原子周围最近邻原子的数目)面心立方堆积 ,排列方式:ABCABC ( 立方密堆积 ) 配位数 : fcc的配位数为 12。典型晶体: Cu、Ag 、Au、Ca、Sr、Al 密排六方堆积, 排列方式:ABABAB ( 六方密堆积 ) 配位数:hcp的配位数为 12。典型晶体: Be、Mg 、Zn、Cd、Ti 体心立方堆积, 对于体心立方(bcc)配位数为 8 。4、晶相、晶面及表达方式(1)布拉伐格子的格点可以看成分列在一系列相互平行的直线系,这些直线系称为晶列。每一个晶列定义了一个方向,称为晶向。如果从一个原子沿晶向到最近的原子的位移矢量为:则晶向就用 l1 、l2 、l3 来标志,写成 l
10、1l2l3,称为晶向指数晶面 晶体内三个非共线结点组成的平面。通常用密勒指数来标:(确定米勒指数的步骤)1)选任一结点为原点,作、 、 的轴线。2)求出晶面族中离原点最近的第一个晶面在、 、 轴上的截距精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 13 页、3)将、取倒数并化为互质整数h、k、l ,则(h,k,l )即为密勒指数。5、立方晶系中存在底心立方结构吗?为什么?底心立方可以连成更小的简单立方6、在正方晶系中有没有底心正方、面心正方?底心正方简单正方、面心正方体心正方7、在立方晶系中标出晶面、晶向指数(略)8、晶界与界面的化学
11、组成解析过去,作为测定晶界与界面的化学组成方法主要用俄歇(AES )电子分光、次级离子质谱法(SLMS )及 AEM-EDS 的局部分析法。 AES和 SIMS作为研究物质表面附近的化学组成手段被广泛运用,但因其空间分辨率不足,用来分析晶界-界面。扫描电子显微镜的成像原理和光学显微镜或透射电子显微镜不同,它是以电子束作为照明源,把聚焦得很细的电子束以光栅状扫描方式照射到试样上, 产生各种与试样性质有关的信息,然后加以收集和处理从而获得微观形貌放大像。9、界面参数 晶体晶格点位置关系; 化学组成; 方位关系; 不同晶体结构; 不同结合性质等。10、晶体缺陷按其作用范围可分为:点缺陷:在三维空间各
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