表面偏析与解析1

1PHY4890:表面与界面的偏析（SurfaceandInterfaceSegregation）主讲教师：王江涌汕头大学物理系20092课程简介1.特点:内容非常专+数学公式(推导)多+前沿课题2.目的:通过一个具体的实例（偏析），了解从事一个课题的程序及其核心3.如何学:认真听课，做好笔记，尽可能多地阅读有关文献4.如何考:开卷(填空+简答+计算．注意：有些题目将是课堂上讲过，但并未写在课件上!)3内容1.引言；2.平衡态的偏析理论；3.动态的偏析理论；4.偏析样品的制备及实验的测量；5.偏析理论的实际应用；41.引言1.1偏析现象：0XXXBS0)(0TotalSBSNNXXX表面偏析5表面偏析AFMimagesofthesulfuroverlayerontitaniumsurfaceexhibitingpatterns,afterannealing3hat750oC;J.Phys.:Condens.Matter13(2001)7923–793562DreconstructionperpendiculartothecylindricalsampleaxisshowinggrainboundariesinpolycrystallineAl:(a)beforeapplicationofGa;(b)afterapplicationofGaandanannealingof4hat323K;(c)after2hofadditionalannealingat573K.MaterialsScienceandEngineeringA281(2000)198.界面（晶界）偏析7ScanningElectronMicrographs（SEM）ofthefracturesurfacesof(A)pureand(B)Bi-dopedCu.Thetransformationfromductile（柔软的）tobrittle（易碎的）intergranularfracture（晶间断裂）isclearlydemonstrated.界面（晶界）偏析AB81.2偏析及偏析的驱动力：合金材料中，溶（杂）质原子在界面（如表面，晶界）和体内之间重新分布，从而导致溶（杂）质原子在界面的浓度远大于体内的浓度，这一现象被称之为偏析。偏析的驱动力乃是降低体系的Gibbs自由能．1.3偏析的应用：脆性断裂(brittlefractures);晶界的扩散(GBdiffusion);腐蚀(corrosion);催化(catalyticfield)…危害：主要表现在材料的断裂往往是沿晶界断裂！如飞机机体，汽车发动机部件，压力容器，核反应堆，…；有益：主要表现在材料的改性如利用表面偏析改变材料的抗氧化，抗腐蚀的特性，提高催化效率等；利用晶界偏析改变材料的韧性等。91.４偏析理论的发展：宏观理论:a.Langmuir-McLeanmodel(1957)—无相互作用的平衡偏析方程；b.Bragg-Williamsexpression(1973)—有相互作用的平衡偏析方程；c.Guttmannformula(1975)—多元系的平衡共偏析方程；d.ModifiedDarkenmodel(1988)—多元系的平衡及动态偏析方程；e.…微观理论：a.Abinitio;b.MonteCarlomodel;c.EAM(embeded-atommethod);d.DFT(density-functionaltheory);e.…101.５偏析的测量：间接的方法，如金相，XRD，表面能（微观硬度）的测量…直接的方法，如俄歇电子谱（AES），X射线光电子谱（XPS），能量损失谱（ELS），离子散射谱（ISS)，3D原子探针（AP），分析透射电子显微镜（ＡＴＥＭ）…-0.00200.0020.0040.0060.0080.010.0120.014-15-10-5051015Bi/Cu(counts)distance(nm)AB