Co/Cu(111)薄膜生长和退火过程中的扩散

利用同步辐射角分辨光电子能谱和俄歇电子能谱研究了CoCu(111)分子束外延薄膜在生长和退火过程中的电子结构.实验发现:随着Co膜厚度的增加,Cu的sdz2杂化带能级位移相应增大,证实了界面间发生了互混;退火过程中存在表面扩散,而非通过界面的体扩散.并把这两种不同过程的扩散的内在动力归结为Co的表面自由能显著大于Cu的表面自由能 关键词： 表面扩散和界面混合物形成 固体表面能 表面态和能带结构     

神奇的表面浸润

<正>1.自然界中的浸润现象当把一种液体沉积于固体表面上时,由于液体、气体以及固体分子间的作用力,液体最后会处于平衡状态,这时气、液、固三相交点处气、液界面的切线会与固液界面线成一定角度的夹角,这种现象称为浸润,形成的角度称为接触角。对于水这种常见液体,一般人们把水滴接触角小于90°的表面称为亲水表面,接触角大于90°的表     

表面科学研究回顾与21世纪发展展望

表面与界面是材料物理、化学性质发生空间突变的二维区域,材料的许多重要物理、化学过程首先发生在表面,同时材料的很多破坏和失效也首先起源于表面和界面。因此,表面是材料与外部环境直接发生联系的窗口,从研究材料表面界面的各种物理化学过程入手最终可以达到改善材料性能的目的。过去１０年中,材料表面科学在促进材料科学基础研究、推动新材料新技术发展中发挥了关键作用。世纪之交乃至下一世纪,表面科学将面临新的挑战和机     

表面效应对铁<100>间隙型位错环的影响

在材料辐照损伤过程中,间隙型位错环的形成及动力学行为严重影响材料在辐照条件下的服役行为.在常用的以体心立方铁为基的合金材料中,1/2<111>和<100>是两种主要的位错环,其对辐照损伤的影响一直都是核材料领域研究的热点之一.在之前的研究中,人们对{111}面与单个1/2<111>位错环的相互作用进行了深入研究,发现表面对位错环性质确实有重要的影响.采用分子动力学方法,在原子尺度详细研究了另一个重要的表面铁{100}面对<100>间隙型位错环动力学过程的影响.模拟发现位错环伯格斯矢量与表面法线方向的关系、距表面的深度、位错环之间的相互作用以及温度等,都对位错环与表面的相互作用产生重要影响,其中,表面作用下的伯格斯矢量的演化以及<100>位错环在此过程中的一维运动首次被发现.基于这些模拟结果,就<100>位错环对表面辐照损伤结构的影响进行详细地研究,给出<100>位错环对表面凹凸结构的贡献,这些结果为理解辐照过程中材料表面的演化提供一种可能的解释.     

关于油品起电现象的讨论

根据液体偶电层理论，在固-液相的接触面处存在着一个偶电层．如固相是玻璃的，则这个设想可以用图1表达．其中一种极性的电荷紧贴在固体表面上，这里是负电荷吸附在玻璃表面上，形成固定的负电荷层，层的厚度只有一个分子直径大小，带正电的离子散布在负电荷层附近，它可以扩散到离界面几十个分子直径的地方，形成带正电的扩散层．这层的正电荷容易移动．     

半导体和金属表面的超快动力学

时间标度为Ps(微微秒)和fs(毫微微秒)的超快激光光谱在研究固体的动力学性质方面已经取得很大的进展.在体材料和人造层状结构材料(如超晶格)中,用这种方法已经细致地研究了各种弛豫和输运现象.但是直到最近,超快激光技术才应用于研究表面和界面的动力学现象,这是因为大多数光学技术对表面现象是不敏感的.以前要取得表面动力学过程情况的唯一手段是测量光谱线的线宽,这种实验取决于假定光谱线宽纯粹是由寿命加宽引起的.但是在固体中常常遇到光谱线的各种非均匀加宽,使得实验分析变得困难和复杂.所以,最好的方法就是采用时间过程的直接测量.…     

亲水性微观粗糙表面润湿状态转变性能研究

以亲水性微观粗糙表面上不同几何形貌及分布的微柱阵列为对象, 讨论了液滴在亲水性粗糙表面上的润湿过程以及润湿状态的转变阶段. 从能量角度分别考察了微观粗糙结构几何形貌及分布、微柱几何参数、固体表面亲水性、接触角滞后作用等因素对液滴润湿状态转变的影响规律. 研究发现: 在亲水粗糙表面, 正方形微柱呈正六边形阵列分布时, 液滴更容易形成稳定的Cassie状态, 或者液滴仅发生Cassie状态向中间浸润状态的转变; 与此同时, 减小微柱间距、增大方柱宽度或圆柱直径、增大微柱高度、增强固体表面的亲水性将有利于液滴处于稳定的Cassie状态, 或阻止润湿状态向伪-Wenzel或Wenzel状态转变; 然而, 当液滴处于Cassie状态时, 较小的固-液界面面积分数或减弱固体表面亲水性能均有利于增大液滴的表观接触角, 因此在亲水表面设计粗糙结构时应综合考虑润湿状态稳定性和较大表观接触角两方面因素; 此外, 接触角滞后作用对于液滴状态的稳定性以及疏水性能的实现具有相反作用的影响. 研究结果为液滴在亲水表面获得稳定Cassie状态的粗糙结构设计方法提供了理论依据. 关键词： 亲水表面 微观粗糙结构 表面自由能 润湿状态转变     

液晶界面物理效应研究及进展

液晶表面和与它接触的固体表面的相互作用，作为边界条件对液晶显示起着重要的控制作用，并影响着液晶表现出的各种物理效应．液晶表面和界面科学一直是液晶物理学研究的重要领域．这一领域内一个重要的课题是，从物理机理出发寻找正确反映界面作用规律的数学物理方程，以便完善发展液晶界面理论，指导界面诱导技术．文章就这一研究领域已取得的成果、未解决的问题、当前研究的热点(一级转变和挠曲电效应)及目前有争议的问题(表面弹性项是否存在等)进行了介绍。     

不稳定液体基底上溅射金属Ag薄膜的非平衡生长

本文研究了不稳定液体基底上溅射金属薄膜的非平衡生长现象。实验发现：此类薄膜的生长速率不再是常数，与基底温度、表面覆盖率密切相关；薄膜的表面形貌受到了基底温度、溅射功率、固体-液体界面性质等因素的复杂影响。分析表明：生长界面的表面张力及其各向异性对薄膜生长过程起着重要的作用。     

铌酸锶钡光折变表面电磁波实验

在实验中观察到扩散和漂移机理下在光折变晶体铌酸锶钡（SBN）与空气的界面形成的光折变表面电磁波. 这种表面电磁波形成的条件是：入射光束与界面成55°角入射，信号光与背景光比值越大越有利于形成表面电磁波，外加电场越大表面电磁波就越强. 关键词： 表面电磁波 扩散和漂移机制 SBN     

慢正电子技术在固体表面与界面研究中的应用

综述了慢正电子技术的发展以及从放射源β衰变发射出的慢正电子的慢化原理，概述了利用慢正电子技术研究固体薄膜表面和界面的基本原理和方法，并讨论了慢正电子束技术在固体薄膜表面和界面研究中的应用。     

蜘蛛网上的水珠

液滴的形状是由其界面能和重力共同决定的.当液滴尺度小于毛细长度时,自由状态下的液滴的形状接近完美的球形.当一个小液体同固体表面有接触时,如果液滴同固体表面完全浸润,液滴将铺开;而在部分浸润的情况下,液滴将维持一个由接触角所表征的泡泡状.     

离子束引起的固体原子混合

寓子束与固体相互作用改变了固体近表面处的组分、结构和性质..离子束与固体作用的基本物理现象归结为:(1)离子束穿透固体表面,由于和固体原子不断碰撞失去能量,而在固体近表面处形成离子元素的高斯分布;(2)高能离子和固体原子碰撞和级联碰撞使大量固体原子离位,在固体近表面处形成缺陷和亚稳结构;(3)离子束轰击下,固体表面原子被碰撞离开固体(溅射效应);(4)离子束和固休原子碰撞造成固体原子大量离位,起到固体内原子输运作用.如果离子束穿透两种元素界面,将在介面产生两种元素均匀交混层.这种作用称为离子束混合,实际上是寓子束使固体内原…     

表面物理的超快光谱学研究

 自然界很多有趣的现象源自变化,表面和界面是一种原子在空间占据上的变化。从一种介质变成另一种介质,就形成了界面;如果一侧为真空,另一侧为介质,则称为表面。通常决定物理性质的表面层的厚度在纳米或亚纳米尺度,也即几个原子层。在纳米材料和一些量子结构里,表面原子的数目所占的比例大为上升,而体内原子的数目所占比例下降,于是表面所具有的物理性质显得突出,例如同样是碳材料,石墨的物理性质主要由体内原子的性质决定,而单层碳原子石墨烯的物理性质主要由表面原子的性质决定;如果在表面附着一些原子分子,则表面的性质会表现出较大的变化,例如在分子束外延生长的薄膜材料上,掺杂少量的磁性原子,将等效于在原子周围产生一个磁场,在此磁场的影响下,表面电子态的量子物性会发生改变,这种改变有时是很明显的,例如时间反演对称性被破坏等;这些都意味着表面物理研究的重要性。     

表面活性剂浓度对球形气泡界面和尾流的影响

发展了一种研究气泡界面污染程度的数值模型,并用其对流场中不同表面活性剂浓度下、上浮气泡的界面参量和周围流场进行了模拟研究。该模型假设吸附于气泡界面的表面活性剂分布在毗邻气液界面的薄吸附层中,且气泡界面上表面活性剂的吸附与解吸过程也发生于此;界面切应力为界面浓度的函数。研究发现:气泡界面的流动性会因表面活性剂的吸附而降低,该现象会增大气泡周围流域中切向速度在界面法向上的变化量,从而对界面性质和周围流场产生影响;由于对流的作用和吸附-解吸动态平衡的存在,气泡前部界面不完全干净,且受污染界面的流动性也不完全为零。     

稀土元素Gd掺杂CeO2(111)面储释氧性能的第一性原理研究

本文采用第一性原理平面波超软赝势方法,研究了Gd掺杂CeO2改性材料应用于固体氧化物电池电解质时的表面储释氧性能。对比研究了三种表面覆盖率Ce1-xGdxO2 x= 0,0.10, 0.15下掺杂元素Gd对CeO2的晶体结构、电子结构、氧缺陷形成过程以及表面积碳过程的影响。计算给出了相应掺杂比例下的氧缺陷形成能以及晶体表面吸附石墨烯的吸附能;结果表明：随着掺杂量的增大,氧缺陷形成能减小,晶体表面对石墨烯的吸附能增大;分析掺杂前后改性催化材料的电子结构的变化;说明Gd掺杂会导致CeO2晶体表面结构畸变收缩,有效活化表面氧,同时利用化学平衡原理证明了Gd掺杂后的催化材料可以有效抑制表面碳沉积。从理论的角度解释了Gd掺杂CeO2改性材料在固体氧化物电解质应用中的优势。     

MAPbI3-xBrx钙钛矿薄膜中溴梯度对界面电荷转移的促进作用

混合卤素钙钛矿由于具有优异的光物理性质成为了光电子领域应用中的明星材料. 因此,钙钛矿材料中光生载流子动力学的探究和调控对于进一步提升材料的性能具有重要意义. 本文通过表面离子交换法制备了具有溴梯度的MAPbI_3-xBr_x钙钛矿薄膜,并对其内部载流子传输及界面电荷转移动力学过程进行了系统的研究. 在MAPbI_3-xBr_x薄膜中,溴离子梯度分布所导致的能带梯度能有效促进光生空穴在薄膜内部的传输过程及在界面的提取过程. 同时,由于卤素离子交换的后处理方法对薄膜表面起到了修饰作用,薄膜界面处的本征电子转移速率也得到了显著的提升. 研究表明,在通过表面后处理方法制备的混合卤素钙钛矿薄膜中,有可能同时实现界面电子和空穴转移速率的提升,这对于进一步提升钙钛矿太阳能电池的能量转换效率具有一定的启发作用.     

离子束引起界面反应和原子混合的唯象模型

离子束引起固体原子反应和混合是近年来国际上研究极为活跃的一个课题,利用这种原理在硅化物形成以及原子微合金方面都取得了很多有益结果。但是,对其物理机理的研究还很不夠,还没有一个完整的理论可以描述“离子混合”的过程。本文从固体中原子碰撞、运动、原子反应和合成的观点出发,讨论了快速离子轰击二元素系统所发生的二类基本过程:原子间的弹性碰撞、原子重排、反应以及形成稳定或亚稳态的过程。提出一个描述离子束引起界面相互作用的原子过程的唯象模型,得到了描述界面反应和扩散的动力学方程,提出了别区受反应控制和受扩散控制过程的判据并与实验结果作了比较。     

氧化镁纳米多晶的微结构和磁性

实验发现,宏观晶体是非磁性的氧化镁时,其多晶样品有弱铁磁性.本文用第一性原理电子结构方法研究了氧化镁表面、纳米颗粒和晶界的磁性.计算结果表明:绝缘的氧化镁表面可以是导电的,并且有与之相关的铁磁性;磁性表面的共同特征是在表面上有氧原子富集,包括(111)表面的纯氧原子层,(114)表面的氧原子链;其他高晶面指数表面也会有氧原子富集区域;氧化镁纳米颗粒的磁性出现在高晶面指数表面以及不同晶面交界的棱及其顶角等有氧原子富集的区域,这种由氧原子富集而形成的磁性有巡游特征.氧化镁Σ7[111]和Σ5[001]晶界的计算结果表明:在没有氧原子富集的情况下,多晶样品中晶界的磁性很弱,而在有氧原子富集的情况下,晶界磁性比较强.因此可以推断多晶样品的磁性主要出现在多晶表面、晶粒包围孔隙、微裂纹界面、晶界和其他晶体缺陷等有氧原子富集的区域.这种残余磁性可以通过热处理等结构优化过程而削弱甚至消除.     

稀土元素Gd掺杂CeO_2(111)面储释氧性能的第一性原理研究

本文采用第一性原理平面波超软赝势方法,研究了Gd掺杂Ce O2改性材料应用于固体氧化物电池电解质时的表面储释氧性能.对比研究了三种表面覆盖率Ce1-xGdxO2(x=0,0.10,0.15)下掺杂元素Gd对Ce O2的晶体结构、电子结构、氧缺陷形成过程以及表面积碳过程的影响.计算给出了相应掺杂比例下的氧缺陷形成能以及晶体表面吸附石墨烯的吸附能;结果表明:随着掺杂量的增大,氧缺陷形成能减小,晶体表面对石墨烯的吸附能增大;分析掺杂前后改性催化材料的电子结构的变化;说明Gd掺杂会导致Ce O2晶体表面结构畸变收缩,有效活化表面氧,同时利用化学平衡原理证明了Gd掺杂后的催化材料可以有效抑制表面碳沉积.从理论的角度解释了Gd掺杂Ce O2改性材料在固体氧化物电解质应用中的优势.