2022年界面物理化学复习知识点.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 界面物理化学复习学问点绪论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： 用经过挑选的、含肯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

2、接情形依据界面的连接紧密程度,界面连接有两种情形 透和物质之间有相互渗透4、界面所起的作用 界面的效应: 物质之间无相互渗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挡裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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显现的现象,如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳固性等；4 散射和吸取效应光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸取,如透光性、隔热性、

3、隔音性、耐机械冲击及耐热冲击性 等；5 诱导效应一种物质 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转变,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、外形和物理- 化学性质有关,也与复合材料各组分的浸润性、相容性、扩散性等亲密相关；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肯定温度下转换为气相分子；分子凝聚为液相分子；蒸馏液体分子蒸发后, 部分气相液液界面 ：乳液、界面张力；乳

4、液两不互溶液体相互接触时,一相的微滴分散在另一项的液体内,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；气体吸附吸附剂吸取气体的一种作用；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；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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

5、分散在水或其他介质中,形成的胶体溶液；焊接如熔焊的焊锡（液体）焊接金属（焊锡焊接冷却后就是固 / 固界面）；润湿液体在固体表面上铺绽开来；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坚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； 磨损两块固体相互接触并相对滑动 时,表面层掉落下来成为磨屑,表面因此而发生的缺失；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,在肯定条件下发生的化学反应；6、运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复原到平稳排列状态的过程叫弛豫过 程；它所需的时间叫

6、弛豫时间；8、固体与固体的界面分为晶界、相界 晶界：晶界是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、依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连接,一一对应,以致晶界两名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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肯

7、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,特殊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； 在肯定条件下, 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；1

8、1、界面缺陷类型 12、界面讨论的意义 第一章 晶体界面的基础学问 1、（1）晶体 : 规章结构,分子或原子按肯定的周期性排列；长程有序 性,有固体的熔点； E.g. 水晶、岩盐；（2）非晶体 ：非规章结构,分子或原子排列没有肯定的周期性；短名师归纳总结 程有序性,没有固定的熔点；玻璃、橡胶；第 4 页,共 13 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - （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；

9、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：一个原子四周最近邻原子的数目）面心立方积累 ,排列方式：ABCABC 立方密积累 配位数 : fcc 的配位数为 12；典型晶体： Cu、Ag 、Au、Ca、Sr、Al 密排六方积累, 排列方式：ABABAB 六方密积累 配位数： hcp 的配位数为 12；典型晶体： Be、Mg、Zn、Cd、Ti 体心立方积累, 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,称为晶向假如从一个原子沿晶向到最近的原子的

10、位移矢量为：就晶向就用 l1 、l2 、l3 来标志,写成 l1l2l3,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、 、 轴上的截距名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 、3）将、取倒数并化为互质整数h、k、l ,就（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 小的简洁立方 6、在正方晶系中有没有底心正方、面心正方？底心正方简洁正方、面心正方体

11、心正方 7、在立方晶系中标出晶面、晶向指数（略）8、晶界与界面的化学组成解析 AES）过去,作为测定晶界与界面的化学组成方法主要用俄歇（电子分光、次级离子质谱法SLMS）及 AEM-EDS 的局部分析法； AES和 SIMS作为讨论物质表面邻近的化学组成手段被广泛运用,但因其 空间辨论率不足,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 描方式照耀到试样上, 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；

12、 不同结合性质等；10、晶体缺陷按其作用范畴可分为：点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小的缺陷；如空位、间隙原子、名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 异类原子等；线缺陷：在两个方向上尺寸很小,而另一个方向上尺寸较大的缺陷；主要是位错；面缺陷：在一个方向上尺寸很小, 在另外两个方向上尺寸较大的缺陷；如晶界、相界、表面等；11、位错的基本类型（1）刃型位错（ 2）螺型位错（ 3）混合位错 12、 位 错 的 增 殖 机 制 主 要 有 三 种 机 制 ： 弗 兰 克 - 里 德 位 错 源（Frank-Read sour

13、ce ）机制、双交滑移增殖机制, 和攀移增殖机制；其次章 材料界面形成过程 1、发生浸润的条件 1 润湿是固液界面上的重要行为； 固液接触后,体系吉布斯自由焓降低时就称为润湿；按润湿程度分类：附着润湿、铺展润湿、浸渍润湿 2 浸渍润湿指固体浸入液体中的过程；（1）如SV SL , 就 90 o , 浸渍润湿过程将自发进行,此时 G0 （2）如SV 90 o , 要将固体浸入液体之中必需做功,此时 G0 3 润湿与液滴的外形A 润湿, 90 oC 完全润湿, 0 o ,液体铺开 2、黏着功公式名师归纳总结 （）（）第 7 页,共 13 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - -

14、 - - - - ,指测定时存在的各相之间的界面能4、复合材料界面结构表征5、金属基复合材料界面优化技术6、金属基复合材料界面成分变化：基体合金和增强体不行防止地发生不同程度的界面反应和元素扩散作用,界面反应和反应程度打算界面结构和特性,主要行为：（1）增强了金属基体与增强体界面结合强 度；（2）产生脆性界面反应产物；（3）造成增强体损耗和转变基体成 分；7、金属基复合材料界面反应程度可分为弱界面反应、中等程度界面 反应、强界面反应；第三章 材料界面的制备技术 1、接合机制（1）物理机制：如物理吸附、机械力嵌合等；其主要影响因素为界 面能、环境及爱护气氛、被接合物质的表面质量等；降低异类物质的

15、 界面能可以改善浸润和吸附现象（2）化学机制 ; 典型的有化学反应和扩散；提高温度,有助于促进同 类或异类物质固、 液相之间的化学反应, 使固相向固相或固相向液相 的反应得以更顺当进行, 从而增强了浸润和接合的成效,使接合界面 保持最抱负的性能； 影响因素多, 常将位于接合区域的物质之间的电 此外阴电性对接 子换位、元素的氧化仍原反应等因素结合起来考虑,合状态的影响也不容忽视；2、常规制作方法名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - （1）机械嵌合（ 2）固相扩散接合（ 3）压接（ 4）摩擦焊（ 5）反应接合方式： A）气

16、体 - 金属共晶反应接合B）固体相互反应工艺C）活度金属法 D使用贵金属作中间层 ; （6）电压接合法（ 7）微波加热结 合（陶瓷 - 陶瓷接合体）（8）熔化焊接（ 9）超高真空压焊（ 10）超声 波接合（ 11）离子注入法 12 金属化（ 13）共晶接合法 3、导致界面偏析的主要因素（1）表面存在过剩自由能（表面张力） ；（2）具有与氧的亲和性（3）向合金的表面扩散速度与体积扩散速度之差；这些因素又取决于温度、平稳与非平稳条件 4、试验结果的分析方法 第四章 材料界面形成过程的物理化学反应 1、明白 Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4 陶瓷与金属的接合反应及浸润性 2、复合材料界面反应

17、的种类及其所起的作用 第八章 晶体界面的行为与物理化学诸现象 1、晶界迁移的驱动力：变形储存能、界面曲率变形储存能：对于冷变形的晶体,力为冷变形晶体内部的储存能；,即晶界迁移的驱动界面曲率（非变外形态） ：弯曲的曲面存在界面张力,产生向心的法 向力,使界面趋于平直化； 为达力学平稳,凹侧单位面积上的压力为 dP,对圆柱面 晶界迁移的影响因素：名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 杂质或溶质原子的影响：发生晶界吸附或偏聚时,降低迁移率,形成对晶界迁移的拖曳作用；温度：晶界扩散系数随温度上升成指数关系增加,增大；故晶界迁移

18、率明显晶粒位相差：晶界的晶粒取向差小,迁移率低；大角度晶界具有较大 迁移率（原子扩散系数大）其次相粒子 : 阻碍晶界运动,晶界脱离其次相颗粒的迁移是系统能量 提高的过程,产生晶界迁移的阻力钉扎作用 2、晶体晶界移动度概念 3、晶界是变形初期晶格位错的发源地；4、钢铁材料中熔融金属晶界破坏因素：组织结构、合金化元素、温度、应力、变形速率、晶界结构、叠加成效 5、纳米材料所具备的基本效应（1）尺寸效应（ 2）量子效应（ 3）界面效应 四大特点：尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大 四个方面应用： 1 纳米电子学（ 2）纳米材料科学（ 3）纳米生物学（4）纳米医学 6、爆炸焊接过程形成的波形

19、的振幅和周期可以通过调剂 3 个主要的参数来掌握：爆炸速度Vd、炸药量、接合板之间的距离金属射流作用： 熔化袋的凝固特性主要依靠于组成接合偶的元素相互 作用,相互作用分为三类：1 两种元素之间完全互溶,在这种条件下复合材料,力学性能与接名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 合偶中较弱材料相当或者更高（2）金属间化合物的形成,一般这种化合物很脆,因而复合板材的 力学性能比单个接合偶都要低（3）特别低的互溶度,对材料的影响仍不确定 7、射流行成的 3 个条件：一是全部的情形下, 不论碰撞点是以亚音速、 音速或者是超音速

20、的移动速度, 在碰撞点之前时刻产生的压力必需足够大,超过被接合 金属材料的弹性极限,以确保金属表面的变形和射流相匹配；二是假如碰撞点移动速度保持亚音速,从理论上讲射流在任何碰撞角都会显现；但是实际上,仍需要保持一个最小的临界角,以满意 所需的接合压力；三是假如碰撞点的速度保持超音速,射流只有在高于某一个临界角的情形下产生, 这个临界角剧烈地依靠于所接合的金属体系和碰撞 点的速度；8、爆炸接合界面的晶粒细化区域包括熔化层和塑性变形层 熔化层是由接合偶材料组成的金属射流凝固后获得的；一般分布 不连续,由于熔化时与接合偶之间存在较大的温度差,凝固速度较快,所以晶粒细小； 塑性变形区是爆炸焊接合时覆板

21、和基板碰撞引起的塑 性流淌造成的,塑性变形区中越靠近接合界面,变形越大,晶粒越细 小；爆炸接合过程中界面射流带来的温度的变化对界面的晶粒尺寸有 打算作用；9、对于 C/Mg-Al 复合材料界面优化途径（两个） 、界面作用名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 途径：（1）转变基体中铝的含量和碳纤维的类型来掌握（2）对于混合的镁合金组件,基体铝合金比须更高 10、SiCp/Al 复合材料界面优化措施 11、超晶格 固溶体发生有序化转变后不同种原子在晶格中呈有秩序排列的晶体 结构；12、超晶格分类 ：（1）组合超晶格：在超

22、晶格结构中,假如超晶格 叫做组分超 的重复单元是由不同半导体材料的薄膜堆垛而成的 晶格；（2）掺杂超晶格：在同一种半导体中,用交替地转变掺杂类 型的方法做成的新型人造周期性半导体结构的材料：（3）应变超 晶格；（4）其他 13、溶胶 - 凝胶法概念及原理；几个工艺过程：制备 - 转化- 干燥 基本原理 ：将酯类化合物或金属醇盐溶于有机溶剂中,形成匀称 的溶液,然后加入其他组分,在肯定温度下反应形成凝胶,最终 经干燥处理制成产品；14、溶胶 - 凝胶法的优缺点 优点：（1）由于溶胶凝胶法中所用的原料第一被分散到溶剂中 而形成低粘度的溶液,因此,就可以在很短的时间内获得分子水 平的匀称性,在形成凝

23、胶时,反应物之间很可能是在分子水平上名师归纳总结 被匀称地混合；（2）由于经过溶液反应步骤,那么就很简洁均第 12 页,共 13 页匀定量地掺入一些微量元素,实现分子水平上的匀称掺杂；（3）- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 与固相反应相比,化学反应将简洁进行,而且仅需要较低的合成温度,一般认为溶胶- 凝胶体系中组分的扩散在纳米范畴内,而固相反应时组分扩散是在微米范畴内,因此反应简洁进行,温度较低；（4）挑选合适的条件可以制备各种新型材料；缺点：（1）目前所使用的原料价格比较昂贵,有些原料为有机物,对健康有害； 2 ）通常整个溶胶凝胶过程所需时间较长,常需 要几天或几周； 3 凝胶中存在大量微孔,在干燥过程中又将会 逸出很多气体及有机物,并产生收缩；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 13 页