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表面能由於物體表面積改變而引起的內能改變,單位面積的表面能的數值和表面張力相同,但兩者物理意義不同。

1 表面能(surface energy )



  物質的表面具有表面張力σ,在恆溫恆壓下可逆地增大表面積dA,則需功σdA,因為所需的功等於物系自由能的增加,且這一增加是由於物系的表面積增大所致,故稱為表面自由能或表面能。

  也可以這樣理解,由於表面層原子朝向外面的鍵能沒有得到補償,使得表面質點比體內質點具有額外的勢能,稱為表面能。

  由於物體表面積改變而引起的內能改變,單位面積的表面能的數值和表面張力相同,但兩者物理意義不同。

  例子:比如東西放時間長了會發現有灰塵附著,就是因為灰塵附著降低了物體的表面積,從而降低了物體的表面能,物質能量都有自動趨向降低,保持穩定的特點。

  又如,砸碎石頭,就增大了石頭的表面能,但是同時你也做了功,能量守恆。

  大學化學的解釋是表面層分子比內部分子多出一部分能量稱為表面能。

  

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  表面能級:晶體內部原有的三維周期性在表面處中斷而形成的電子能級,又稱表面態。由於表面層中的電子所處的表面勢場與三維晶體內部不同,電子態就表現出特殊的性質。

  理論上, 常把傳統的能帶計演算法(見能帶理論)應用於表面薄層,以計算電子能量和波函數。描述表面電子態的波函數只存在於表面幾個原子層的區域內,進一步深入內部時,波函數迅速衰減。從化學鍵模型看,表面能級起源於表面原子朝外方向具有不飽和的價鍵,稱為懸挂鍵。這些懸挂鍵可提供電子或吸收電子,相當於半導體中的施主雜質和受主雜質(見半導體),從而形成與施主能級或受主能級相當的表面能級。表面能級可位於體能帶的禁帶區內,也可位於允許帶內,後者稱為共振態。

  清潔表面的表面能級稱為本徵表面態。當表面 結構改變、表面吸附外來原子、或表面層存在各種缺陷時,表面能級的密度和分佈均會發生明顯變化。研究表面能級的起源、密度和分佈,以及與表面結構的關係是表面物理學的基本內容之一。研究表面能級的主要實驗手段有光電子能譜、離子中和譜等。

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