表面應(yīng)力

    因?yàn)槔�伸或者彎曲也�?huì)引起材料表面面積的變化，同時(shí)也消耗能量，材料產(chǎn)生此種單位面積變化所消耗的能量稱(chēng)為表面應(yīng)力。
　　表面科學(xué)的產(chǎn)生已有上百年的歷史，顯微技術(shù)的進(jìn)步使我們得以將研究的觸角深入到微納觀的原子層次甚至電子云，然而由微觀特性推知宏觀性質(zhì)卻面臨著很大的困難，這促使人們不得不同時(shí)沿著宏觀和微觀這兩條線索來(lái)研究表面的種種奇特性質(zhì)。
　　近十幾年來(lái)，應(yīng)力和應(yīng)變對(duì)材料表面性質(zhì)的影響正越來(lái)越受到重視，這方面的研究亦蓬勃地進(jìn)行著，迄今已發(fā)表了不少包括理論、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方面的結(jié)果，但是離深刻理解表面彈性作用的機(jī)理仍相距甚遠(yuǎn)。
　　表面熱力學(xué)中有一個(gè)很重要的概念——表面自由能，它對(duì)于特定的材料在一定的物理化學(xué)條件下是一個(gè)常數(shù)，定義為生成單位面積面所需要的能量，這個(gè)定義原來(lái)被認(rèn)為是相當(dāng)精確的，然而如果考慮材料的彈性變形，譬如拉伸或者彎曲過(guò)程，問(wèn)題就變得比較復(fù)雜了，因?yàn)槔�伸或者彎曲也�?huì)引起材料表面面積的變化，同時(shí)也消耗能量，材料產(chǎn)生此種單位面積變化所消耗的能量稱(chēng)為表面應(yīng)力，問(wèn)題自然而然就產(chǎn)生了，表面應(yīng)力是不是表面自由能呢？如果是，它是與材料變形無(wú)關(guān)的嗎？如果不是，那么它和表面自由能之間有什么聯(lián)系嗎？這些問(wèn)題困擾了不少研究表面彈性效應(yīng)的學(xué)者。
　　04年Muller和Saul在他們關(guān)于表面物理的彈性效應(yīng)的綜述文章[1]中，從經(jīng)典的彈性理論出發(fā)，經(jīng)過(guò)一系列嚴(yán)密的推導(dǎo)，得到了表應(yīng)力的精確表達(dá)，并且詳細(xì)闡明了表面應(yīng)力和表面自由能的區(qū)別以及聯(lián)系。Muller等指出：表面應(yīng)力不同于表面自由能，雖然它們的定義相同，都表示材料產(chǎn)生單位表面面積變化所需要的能量，然而區(qū)別在于發(fā)生這種物理過(guò)程的前提不同，前者為等表面原子數(shù)，而后者是等應(yīng)變；前者表現(xiàn)為純變形，后者表現(xiàn)為表面的創(chuàng)造。然而，表面或者界面熱力學(xué)最先在流體系統(tǒng)中由Gibbs提出，在那時(shí)表面自由能和表面張力的概念是通用的，這對(duì)于流體是正確的，因?yàn)榱黧w無(wú)法在等表面原子數(shù)的條件下進(jìn)行拉伸；然而對(duì)于固體材料情況就不同了，由于傳統(tǒng)習(xí)慣的影響，人們難免將兩者的概念相互混淆。