1.原子間的鍵合方式及效能特點
原子間的鍵合方式包括化學鍵和物理鍵,其中化學鍵又分為離子鍵,共價鍵和金屬鍵,物理鍵又包括分子鍵和氫鍵.
2.原子的外層電子結構，晶體的能帶結構。
3.晶體（單晶、多晶）的基本概念，晶體與非晶體的區別。
單晶:質點按同一取向排列,由乙個核心(晶核)生長而成的晶體;多晶:由許多不同位向的小晶體(晶粒)所組成的晶體.
4.空間點陣與晶胞、晶面指數、晶面間距的概念，原子的堆積方式和典型的晶體結構。
空間點陣:呈週期性的規律排列的陣點所形成的具有等同的周圍環境的三維陣列;
晶胞:在空間點陣中,能代表空間點陣結構特點的最小平行六面體,反應晶格特性的最小幾何單元;
晶面指數: 在晶格中，通過任意三個不在同一直線上的格點作一平面，稱為晶面，描寫晶面方位的一組數稱為晶面指數.一般選取晶面在三個座標軸上的截距,取倒數作為晶面指數;
晶面間距:兩近鄰晶面間的垂直距離;
原子的堆積方式:六角堆積和立方堆積;
典型的晶體結構:麵心立方結構,體心立方結構,密排六方結構.
5.表面資訊獲取的主要方式及基本原理
可以通過光子,電子,離子,聲,熱,電場和磁場等與材料表面作用,來獲取表面的各種資訊,或者利用原子線度的極細探針與被測材料的表面近距離接近,探測探針與材料之間的訊號,來獲取表面資訊.
電子束技術原理:
離子束技術原理:離子比光子電子都重,它轟擊表面時產生的效應非常明顯.離子不但具有電荷還有電子結構和原子結構,當離子與表面接近時,除具有靜電場和接觸電勢差作用外,它本身還可以處於不同的激發電離態,離子還可以與表面產生各種化學反應,總之,離子與表面作用後,提供的資訊非常豐富.
光電子能譜原理:
掃瞄探針顯微鏡技術原理:
6.為什麼xps可獲得表面資訊，而x射線衍射只能獲得體資訊？
[略]x射線衍射(xrd)是利用晶體形成x射線衍射,對物質進行內部原子在空間分布狀況的結構分析方法.將具有一定波長的x射線照射到晶體上時,x射線因在晶體內遇到規則排列的原子或離子而發生散射,散射的x射線在某些方向上加強,從而顯示與晶體結構相應的特有衍射現象.
7.利用光電子能譜（xps）和俄歇電子能譜（auger）進行表面分析的基本原理和應用範圍。
光電子能譜表面分析原理:光電子能譜就是利用光子與固體表面的光電效應,分析發射出的光電子的能量分布和角度分布,進而分析表面的成分和價態.從固體表面發射出的光電子的能力與它原在的原子中所處的狀態有關,還與和它作用的光子能力相關.
為了能精確的分析出表面的成分和價態,要求光子能量穩定,即使用單色光源.一般選用x射線作為光源.x射線激發內殼層電子(芯電子),然後分析這些芯電子的能力分布,從而進行元素的定性分析和化學狀態分析.
定性分析:表面成分和價態;定量分析:樣品中各元素的相對含量.
俄歇電子能譜表面分析原理: aes分析是以電子束（或x-射線束）為激發源，激發出樣品表面的auger電子，分析auger電子的能量和強度，可獲元素種類、含量和分布，以及化學態等資訊。原子內層能級有乙個電子被電離後,處於激發態的原子恢復到基態有兩種方式(1)較高能級上的乙個電子填入內層空穴,多餘的能量作為特徵x射線輻射釋放,最後原子呈現單電離狀態;(2)內層空穴被外層的電子填入,多餘的能量無輻射,直接傳遞給第二個電子,並使其發射出來,這個電子就是俄歇電子.
定性分析:俄歇電子有特定的能量,確定元素的種類;定量分析:根據俄歇電流的大小測定表面元素的相對含量.
8.透射電子顯微鏡有哪幾種工作模式，它們可獲得材料的什麼資訊。
影像模式,得到樣品的形貌像;
衍射模式,晶體點陣的型別和點陣常數,晶體的相對方位和取向,與晶粒的尺寸大小,孿晶等相關的晶體缺陷的顯微結構資訊.
9.掃瞄電子顯微鏡的二次電子像和背反射電子像的成像原理。
二次電子是入射電子從樣品表面激發出來的能量最低的一部分電子,表明這部分電子來自樣品表面最外層的原子;背反射電子是被樣品表面直接反射回來的電子,具有與入射電子相近的能量,接受背反射電子訊號,並在顯示屏顯示,由於原子對入射電子的反射能力隨原子序數的增加而增大,因此,對於表面有不同成分的區域,其平均原子序數的差別將造成顯示訊號強度的不同.
10.說明電子束技術的基本特徵，舉出幾種利用電子束的波動性和粒子性的分析技術。
電子具有波粒二象性,利用電子的波動性和粒子性可以將電子束分析技術分為:
11.什麼是電子結合能的位移？價帶能態密度可採用什麼方法測試，簡述其原理。
原子的內殼層電子的結合能收到核內,核外電荷的分布影響,任何引起這些電荷分布發生變化的因素,都有可能使原子內殼層電子的結合能產生變化,在光電子能譜圖上看到光電子譜峰的位移,這種現象稱為電子結合能的位移.
固體價帶中的電子狀態的能力分布由能態密度來表示,當入射光子能量大於時,光電子發射的能量分布可以看作是價帶能態密度分布.可以通過使用xps技術進行固體表面能帶研究將價帶能態密度測出.
12.表面的定義。什麼是清潔表面和實際表面？
兩種不同相的交界區域稱為表面,比如凝聚相,氣相和液相之間的介面,不是幾何意義上的平面而是有一定厚度的過渡區.
清潔表面指的是除去了吸附層,氧化層,表面損傷層後,能夠反映材料本徵特性的表面(只能在高真空環境下依存).
實際表面是未經過任何處理,存在通常環境下中的s-g或l-g介面.
13.什麼是表面的tlk模型？表面缺陷產生的原因是什麼？
晶體的表面是不均勻的,表面上平行於原子平面的台階是由於晶體體相中原子平面的微小配合差錯所致,稱為位錯,進一步觀察位錯會發現,這些台階也並非是平面,而是由若干個階梯(steps)組成,表面上有平台(terrace),台階(ledge)和扭曲(kink),統稱為tlk模型.
表面缺陷產生的原因:根據熱力學定律,溫度高於絕對零度時,所有物理系統的熵均不為零.系統的自由能與內能,熵和溫度的關係為f=u-ts,系統穩定的條件時自由能最小,減小f的途徑有減小內能,或者增加熵值.
當熵值增加時,系統的混亂程度增加,原子排列混亂,特別是溫度較高時混亂程度較大,因此容易產生表面缺陷.
14.什麼是表面弛豫和表面重構？畫出表面弛豫和表面重構的原子排列圖。
一般的說,表面原子處於不穩定的狀態,為是系統的能力降低,將會產生兩個過程,達到平衡:一是,原子沿垂直於表面方向移動,稱為弛豫(表面原子排列中斷,在z軸方向失去平衡,表面原子可能向外或向內移動);二是,平行於表面方向移動,形成不同於理想表面的二位晶格的超晶格,稱為表面重構(表面區原子排列有明顯的變化,原子間距和排列方式變化(晶格常數,晶格結構),或者晶格結構不變,但旋轉了乙個角度).
15.為什麼表面原子排列與體內不同，請比較重構與馳豫的異同，並解釋si（111）2×1重構的成因
清潔表面的原子排列在發生了」中斷」後,鍵,對稱的作用力得不到平衡,為了降低表面能,表面原子的排列就需要進行調整.
弛豫是原子沿著垂直於表面方向移動,重構是原子平行於表面方向移動.
si（111）2×1重構的成因:在體內,si原子間由雜化鍵合,原子以四面體型鏈結稱為金剛石結構.在理想的(1,1,1)面上,矽有一根沒有電子配對的鍵,這根鍵稱為懸掛鍵.
在表面,週期性勢場發生了中斷,在那裡的原子比較接近孤立原子,所有在該處的原子具有懸掛鍵必將恢復成純或純鍵,這種情況稱為退雜化.如果表面的懸掛鍵退化為純鍵,則si的下面三根鍵為雜化:
,的鍵角為120°
另一懸掛鍵則退化為鍵，則形成
,的鍵角為90°
體內si間的鍵合是雜化鍵
,鍵角109°
因為的鍵角為120°,比的鍵角為109°大,這將把表面的矽原子往下拉0.11埃;的鍵角為90°又比的鍵角小,使原子表面上公升0.18埃,於是在矽表面有兩組原子(和),這樣晶胞的尺寸在x方向就比原來大兩倍,所以形成了si（111）2×1重構.
16.奈米材料有哪些效應？
小尺寸效應:當奈米材料結構單元尺寸與光波波長,穿透深度等物理特徵尺度相當時,其內部晶體週期性邊界條件將被破壞.
量子尺寸效應:當奈米材料的結構單元某一維度上的尺寸降低到某一值時,費公尺面附近的電子能譜有準連續變為了離散,表面結構和電子態急劇變化,能隙變寬.
表面效應:奈米材料結構單元表面與內部原子的數量比,比表面積,比表面能都隨著基元尺寸的下降而迅速提高.
17.說明表面張力和表面自由能分別用於什麼情況。解釋表面吸附對表面自由能的影響。如何測試材料的表面自由能，簡述其基本原理。
它們的共同點是：（1）都反映了表面分子受力不均勻的情況；（2）兩者的數值相同，通常用同一符號表示。
它們的不同點是：（1）兩者的物理意義不同，表面自由能是指等溫、等壓、保持組成不變的條件下，可逆地增加單位表面積時，體系吉布斯自由能的增值。表面張力是指表面層分子垂直作用於單位長度的邊界上且與表面相切的收縮力.
（2）兩者的單位不同，表面自由能的單位是j·m-2，而表面張力的單位是n·m-1.
廣義地說表面自由能是指保持相應的特徵變數和組成恆定時，每增加單位表面積引起該熱力學函式的變化值.狹義地說，表面自由能是指保持溫度、壓力和組成不變時，每增加單位面積所引起的吉布斯自由能的增值.單位是 j · m-2 .
廣義定義：
狹義定義：
表面張力是指：表面層分子垂直作用在單位長度的線段或邊界上且與表面平行或相切的收縮力稱為表面張力.單位是 n · m-1.
18.什麼是晶體材料的易生長晶面，它與什麼因素有關？nacl為簡立方晶體，它的易生長晶面是什麼？表面態的產生原因和種類，它對材料效能有何影響？
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