根据上面的初步介绍,我们可知界面对材料的制备和性能有着非常重要的影响。晶界的影响,我们不再赘述。我们来看表面和其他界面在材料的制备和性能方面的作用。
1.表面
材料与周围环境物质的相互作用如腐蚀、机械损伤等,往往首先发生在表面。高超音速飞行器在大气层中飞行时,材料外表面与空气摩擦产生高温且有氧气作用,进而氧化失效。材料的氧化腐蚀、材料表面发生的吸附(adsorption)、解吸(desorption)和催化(catalysis)等过程的发生都离不开表面的参与。而且,随着技术的发展,材料面对的使用环境越来越苛刻:高温、高压、超高真空及极端低温等,比如航天器在发射、运行和返回的过程中就可能遇到前述的温度、压力还有宇宙射线等苛刻条件。此外,在制备无机材料的窑炉内,高温烟气和高温玻璃液与炉内壁耐火材料的表面发生作用而腐蚀炉体耐火材料,故材料的保护往往涉及表面。此外,二维材料的制备也与表面有关。
2.其他界面(www.daowen.com)
除了晶界、表面外,其他固-固界面同样在材料的制备和使用中起到非常重要的作用。半导体芯片的制造、电路的封装及高密度存储器和读写磁头的研制都涉及多层膜和界面物质迁移。金属陶瓷中金属与陶瓷颗粒之间、玻璃(或陶瓷)与金属的封接处、复合材料中的增强材料(晶须、纤维)与基体材料之间都存在界面。这些界面的结合强度影响着材料的性能。比如,航天器热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBC)的选择条件之一是TBC与基底金属有良好的黏附性(adherence)。不然在使用过程中涂层易脱落而起不到保护作用。日常生活中,建筑中的抹灰要与墙壁上的砖紧密结合而不脱落就涉及界面的结合。而且,材料的三大被破坏形式之一的磨损还发生在固-固界面上。另外两种形式(腐蚀和断裂)的发生,很多也起源于界面或表面。
总之,材料的腐蚀、磨损、氧化、催化及半导体技术、分子束外延等诸多领域都涉及界面和表面。弄清材料的异质界面结构和表面结构,以及在表面和界面发生的各种物理化学过程,有利于材料性能的改进,而且这也是研制各种光电器件和复合材料的前提。那么表面科学是怎么发展起来的呢?
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