作用于固体表面原子和分子的力与固体内的力不同，即固体表面存在着一些与作用于固体内部原子和分子所不同的力。这些力的存在都可能对固体表面的结构和性能，以及各种镀层、涂层的结构和性能产生显著的影响。

图2-17 直径为10nm的纳米颗粒

1.表面吸附力

考虑固体表面为晶体的固-气表面。晶体内存在的力场在表面处发生突变，但不会中断，会向气体一侧延伸。当其他分子或原子进入这个力场范围时，就会和晶体原子群之间产生相互作用力，这个力就是表面吸附力。由表面吸附力把其他物质吸引到表面即为吸附现象。表面吸附力有物理吸附力和化学吸附力两种类型。

（1）物理吸附力 物理吸附力是在所有的吸附剂和吸附质之间都存在的，这种力相当于液体内部分子间的内聚力，视吸附剂和吸附质条件不同，其产生力的因素也不同，其中以色散力为主。

1）色散力。色散力是因为该力的性质与光色散的原因之间有着紧密的联系而得到的。它来源于电子在轨道中运动而产生的电矩的涨落，此涨落对相邻原子或离子诱导一个相应的电矩，反过来又影响原来原子的电矩。色散力就是在这样的反复作用下产生的。

2）诱导力。Debye曾发现一个分子的电荷分布要受到其他分子电场的影响，因而提出了诱导力。当一个极性分子接近一种金属或其他传导物质时，例如石墨，对其表面将有一种诱导作用，但诱导力的贡献比色散力的贡献低得多。

3）取向力。Keesom认为，具有偶极而无附加极化作用的两个不同分子的电偶极矩间有静电相互作用，此作用力称为取向力。其性质、大小与电偶极矩的相对取向有关。

（2）化学吸附力 化学吸附与物理吸附的根本区别是吸附质与吸附剂之间发生了电子的转移或共有，形成了化学键。这种化学键不同于一般化学反应中单个原子之间的化学反应与键合，称为吸附键。物理吸附与化学吸附的区别见表2-1。

表2-1 物理吸附与化学吸附的区别(www.daowen.com)

2.表面张力与表面能

表面张力是在研究液体表面状态时提出来的。表面张力本质上是由分子间相互作用力产生，这种范德华力由色散力、诱导力、偶极力、氢键等组成。固体的表面能在概念上不等同于表面张力。例如，不粘锅的出现，让美食与好心情同时具有。大部分不粘锅表面涂层的主要原料为具有憎水性的聚四氟乙烯。聚四氟乙烯具有固体材料中最小的表面张力，不容易被水、油等液体润湿，所以不黏附任何物质。但聚四氟乙烯不粘涂层与锅基体金属材料结合强度不高，高温时易析出有毒物质，加之涂层厚度有限，故不粘锅不能制作酸性食品，在烹调的过程中避免使用锋利的器具，使用温度要限制在250℃以下。图2-18所示为采用表面张力最小的聚四氟乙烯制作的不粘锅。

图2-18 采用表面张力最小的聚四氟乙烯制作的不粘锅

3.表面振动与表面扩散

（1）表面振动 晶体中原子的热运动有晶格振动、扩散和溶解等。晶格振动是原子在平衡位置附近做微振动。这种微振动破坏了晶格的空间周期规律性，因而对固体的比热容、热膨胀、电阻、红外吸收等性质，以及一些固态相变有着重要的影响。

图2-19 原子扩散原理

（2）表面扩散 表面扩散是指原子在固体表面的迁移。原子在多晶体中的扩散可按体扩散（晶格扩散）、表面扩散、晶界扩散和位错扩散四种不同途径进行。固体中原子或分子从一个位置迁移到另一个位置，不仅要克服一定的壁垒（扩散激活能），还要到达的位置是空着的，这就要求点阵中有空位或其他缺陷。原子扩散原理如图2--9所示。