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文檔簡介
1、表面科學(xué)在固體科學(xué)中占有重要的地位。表面能是表面科學(xué)中最基本的物理量之一,其對許多物理過程和化學(xué)過程有重要的影響。然而固體的表面能在實驗上是較難測定的,并且目前一些基于第一原理或半經(jīng)驗方法的表面能理論模擬方法還有待進一步的改進。
本文基于固體與分子經(jīng)驗電子理論(EET)和表面科學(xué)的基本原理,提出了經(jīng)驗電子表面模型(EESM)。該模型主要內(nèi)容包括以下五點:(1)用于分析共價電子對表面能貢獻的斷鍵分析法(DBAM);(2)用于
2、分析晶格電子對表面能貢獻的Zp值法;(3)對不同指數(shù)表面的表面能有較大影響的斷鍵共價電子密度;(4)描述表面區(qū)域原子雜化狀態(tài)的表面價電子結(jié)構(gòu)(SVES);和(5)計算SVES的鏡面鍵距差法(MBLD)。
本文根據(jù)EESM計算了12種密排六方(hcp)金屬、13種體心立方(bcc)金屬、12種面心立方(fcc)金屬、4種金剛石型晶體和19種閃鋅礦型化合物相關(guān)表面的表面能。在一級近似下,本文的計算值與文獻中相應(yīng)的模擬值或?qū)嶒炛?/p>
3、符合得很好,用同一方法在諸多場合下都取得了令人滿意的結(jié)果,表明本文的方法有較高的可信度,其結(jié)果可作為實驗分析與理論分析的參照。通過對堿金屬和堿土金屬表面能的計算分析,給出了分析晶格電子對表面能貢獻的方法。對于hcp、bcc和fcc結(jié)構(gòu),晶格電子對表面能的貢獻與相應(yīng)區(qū)域原子的晶格電子對結(jié)合能貢獻之比(Zp)已計算出,這些數(shù)據(jù)可以直接用于同種結(jié)構(gòu)不同晶體的表面能分析計算中。
本文還分析了這些結(jié)構(gòu)表面能的各向異性。對于hcp金屬
4、,表面能的大小次序與晶胞參數(shù)比(a/c)有關(guān),且隨著a/c的增大,(001)晶面的表面能逐漸降低,因而易成為穩(wěn)定的自由外表面。對于bcc金屬,原子密排(110)晶面的表面能最低,而fcc金屬中最密排面是(111)晶面,其表面能也是最低的。對于金剛石型晶體和閃鋅礦型化合物,低指數(shù)表面能的大小次序為(001)、(110)、(111),因而最可能的自由外表面常是(111)晶面。另外還對這兩類結(jié)構(gòu)中高指數(shù)(hk0)型和(hhl)型晶面的表面能的
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