材料產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的支柱產(chǎn)業(yè)之一。任何材料都有與外界接觸的表面或與其他材料區(qū)分的界面，材料表界面的結(jié)構(gòu)和性能直接影響材料的整體性能。隨著材料科學(xué)的迅速發(fā)展，材料表界面的研究也越來越受到國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的重視。晶圓水滴角測(cè)量?jī)x

材料科學(xué)、信息科學(xué)和生命科學(xué)是當(dāng)前新技術(shù)革命中的三大前沿科學(xué)，材料的表界面在材料科學(xué)中占有重要的地位!晶圓水滴角測(cè)量?jī)x

材料的表面與其內(nèi)部本體，無論在結(jié)構(gòu)上還是在化學(xué)組成上都音明顯的差別，這是因?yàn)椴牧蟽?nèi)部原子受到周圍原子的相互作用是相同的，而處在材料表面的原子所受到的力場(chǎng)卻是不平衡的，因此產(chǎn)生了表面能。對(duì)于有不同組分構(gòu)成的材料，組分與組分之間可形成界面，某一組分也可能富集在材料的表界面上。即使是單組分的材料，由于內(nèi)部存在的缺陷，如位錯(cuò)等．或者由于晶態(tài)的不同形成晶界，也可能在內(nèi)部產(chǎn)生界面。材料的表界面對(duì)材料整體性能具有決定性的影響．材料的腐蝕、老化、硬化、破壞、印刷、涂膜、粘結(jié)、復(fù)合等等，無不與材料的表界面密切有關(guān)。因此研究材料的表界面現(xiàn)象具有重要的意義。

表界面的定義?

何謂表界面?表界面研究的對(duì)象是不均勻的體系，具有多相性，即該體系中存在兩個(gè)或兩個(gè)以上不同性能的相，表界面是由一個(gè)相過渡到另一相的過渡區(qū)域：根據(jù)物質(zhì)的聚集態(tài)，

表界面通?？梢苑譃橐韵挛孱悾?/span>

固－氣；

液－氣；

因－液；

液－液；

固－固

氣體和氣體之間總是均相體系，因此不存在表界面。習(xí)慣上把固—?dú)?、液—?dú)獾倪^渡區(qū)域稱為表面接觸角，而把固—液、液—液、固—固的過渡區(qū)域稱為界面。不管是表面還是界面，其相交的角度都可以稱為接觸角。實(shí)際上兩相之間并術(shù)存在截然的分界面，相與相之間是個(gè)逐步過渡的區(qū)域，表界面區(qū)的結(jié)構(gòu)、能量、組成等部呈現(xiàn)連續(xù)的梯度的變化。因此．友界面不是幾何學(xué)上的平面，而是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度約為幾個(gè)分子線度的推三維區(qū)域。因此常把界面區(qū)域當(dāng)作一個(gè)相或?qū)觼硖幚?，稱作界面相或界面層。

由于研究接觸角度和研究目的的不同，表界面又可作如下區(qū)分。

在物理學(xué)中，一般將表面定義為三維的規(guī)整點(diǎn)陣到體外空間之間的過渡區(qū)域，這個(gè)過渡區(qū)的厚度隨材料的種類不同而異，可以是一個(gè)原于層或多個(gè)原子層。在過渡區(qū)內(nèi)，周期點(diǎn)陣遭到嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，甚至*變異。表面下數(shù)十個(gè)原子層深稱為“次表面"，次表面以下才是被稱之為“體相"的正常本體。

(1)理想表面

理想表面是指除了假設(shè)確定的一套邊界條件外，系統(tǒng)不發(fā)生任何變化的表面。以固體為例．理想表面就是指表面的原子位置和電子密度都和體內(nèi)一樣c這種理想表面實(shí)際上是不存在的，例如，在Nacl晶體中，半徑較大的c1—形成面心立方堆積，而半徑較小的Na’分布在八面體的孔隙中。由于c1—之間的排斥作用，表面的c1—被推向體外，而Ka’則被拉向體內(nèi)．形成表面偶極層c在許多金屬氧化物中也都存在雙電層，這對(duì)吸附、潤(rùn)濕、腐蝕和燒結(jié)等都有影響。

(2)清潔表面

清潔表面指不存在任何污染的化學(xué)純表面，即不存在吸附、催化反應(yīng)或雜質(zhì)擴(kuò)散等物理、化學(xué)效應(yīng)的表面。清潔表面是相對(duì)于受環(huán)境污染的表面而言的。只有用特殊的方法，加高溫?zé)崽幚?、離子轟擊加退火、真空解理、真空沉積、場(chǎng)致蒸發(fā)等才能得到清潔表面，同時(shí)還必須保持在超高真空中。

在原于清潔的表面上可以發(fā)生多種與體內(nèi)不同的結(jié)構(gòu)和成分變化，如弛豫、重構(gòu)、臺(tái)階化、偏析和吸附等，如圖1—1所示。所謂弛豫就是表面附近的點(diǎn)陣常數(shù)發(fā)生明顯的變化。所謂重構(gòu)就是表面原子重新排列，形成不同于體內(nèi)的晶面。臺(tái)階化是指出現(xiàn)一種比較規(guī)律的非*平面結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。吸附和偏析則是指化學(xué)組分在表面區(qū)的變化，前者指氣相中的原子或分子在氣—固或液—固界面上的聚集，后者指溶液或溶質(zhì)在相界、晶界或缺陷上的聚集。

材料表面的原子與體內(nèi)的原于分別處在不同的環(huán)境中。前者的原子呈現(xiàn)高能、高應(yīng)力的狀態(tài)。這種狀態(tài)決定了材料表面具有表面能和表面張力。