由于晶体是各向异性的，故暴露在外的晶面表面能，因晶面面密度、制备等条件的不同而不同。因此，同一晶体可以有许多性能不同的表面呈现出来，如前述的台阶平面既有低指数晶面，也有高指数晶面。从原子尺寸来看，固体表面无论怎么光滑，实际上也是凹凸不平的。晶格缺陷也造成表面的不均匀。晶体表面经过弛豫、重建后，表面晶格产生一定的畸变。而且表面还存在点缺陷，台阶表面上还有扭折和空位等。位错在表面露头处，也常常导致表面结构的混乱。此外，表面还常有非化学计量缺陷。以上现象表明了晶体表面的结构不均匀性。

除了结构不均匀外，表面的成分也呈现出不均匀。在一定的环境中暴露后，表面会吸附外来物质。吸附的外来原子或分子可占据不同的表面位置，进而引起表面成分的不均匀。表面偏析同样会导致表面成分的不均匀。

表面偏析（segregation）是指在材料的制备、使用过程中，某些合金元素或添加剂会富集在材料表面的现象。图5.14示意了少量A与大量B组成的二元合金中的表面偏析。经热处理后，A在表面有很高的摩尔分数。表面成了含A摩尔分数较高的合金。由此可见，表面成分的偏析可改变表面的化学成分及结构。

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图5.14　表面偏析示意图（引自曹立礼，2007）

在合金材料、多层薄膜材料中，偏析现象比较普遍。表面偏析会改变材料的抗氧化性、抗腐蚀性，也会改变力学、电学和磁学等性能。比如Ni-P非晶材料在低于晶化温度退火时，P的表面偏析使此非晶材料的韧性下降而脆性增加。掺杂金属氧化物的表面偏析对陶瓷的电子、机械性能也有很大影响。偏析不仅可在表面上发生，在晶界、相界处也可发生。

综上所述，我们可知固体表面存在许多缺陷、弹性畸变和应力场，因此表面非常不稳定。这种不稳定具有一定的优点，也有一定的缺点。比如，我们可以利用表面的活性吸附一定的物质，进而制备二维薄膜材料。在材料的腐蚀、磨损中，表面往往是第一道防线。为此，人们常用表面钝化（如渗碳）等克服表面缺点的措施来提高材料使用寿命和机械强度。

在学习了表面后，我们再来学习界面。界面对复合材料中不同材料的结合有着重要意义。在介绍界面之前，我们先来了解表面能和界面能。界面能是晶体最基本的性质之一，它与晶体的生长、粉末的烧结、晶界的形成等过程有关。