摘要：本工作利用表面能與內聚能的比例關(guān)系，計算了液態(tài)Ag的表面張力和表面過(guò)剩熵。結果顯示，隨著(zhù)溫度的升高，表面張力近似線(xiàn)性下降，表面過(guò)剩熵也逐漸減小，這表明液態(tài)Ag表面總是保持有序結構。在此基礎上，證明了Ag-O系具有理想溶體性質(zhì)，并簡(jiǎn)化了Butler方程，修正了液態(tài)Ag-O系表面張力關(guān)于氧氣壓力和溫度的預測模型。結果表明，當氧氣壓力低于10 kPa時(shí)，液態(tài)Ag-O系的表面張力與溫度呈負相關(guān)；而當氧氣壓力高于10 kPa時(shí)，隨著(zhù)溫度的升高，表面張力呈現先增大后減小的趨勢。此外，還探究了O原子的表面偏析行為。研究發(fā)現，表面偏析因子與溫度和氧氣壓力均呈負相關(guān)，在較低的溫度和氧氣壓力下，O原子傾向富集于表面。

1、前言

表面張力是液態(tài)金屬的重要物理參數之一，其在控制各種界面現象中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。因此，獲取準確的表面張力至關(guān)重要。目前，常用的表面張力測量方法包括滴外形法[1]、最大泡壓法[2]、毛細血管上升法[3]和電磁懸浮法[4]等。然而，實(shí)驗結果之間通常存在較大差異[5]。一方面是實(shí)驗方法本身存在誤差，另一方面則是實(shí)驗結果受到雜質(zhì)的影響。實(shí)際上，表面雜質(zhì)存在會(huì )顯著(zhù)降低表面張力。對于液態(tài)Ag，其與氧之間有很強的親和力，在氧氣壓力為100 kPa的條件下，液態(tài)Ag能夠溶入自身體積約21倍的氧[6]。由于實(shí)驗過(guò)程幾乎無(wú)法避免氧的存在，并且在高溫下測量表面張力也十分困難。因此，表面張力的理論研究受到廣泛關(guān)注。

Gibbs吸附方程[7]最早用于描述溶液的表面張力和表面過(guò)剩量。Langmuir方程[8]基于單層吸附假設，揭示了溶質(zhì)濃度和表面覆蓋度之間的平衡關(guān)系。Belton方程[9]在前兩者的基礎上闡明了溶液表面張力隨溶質(zhì)濃度的變化關(guān)系。Szyszkowski經(jīng)驗方程[10]則在擬合表面張力測量結果方面得到廣泛應用。然而，這些模型中均存在待確定參數，且依賴(lài)大量實(shí)驗數據，因此預測能力較差。當前，已經(jīng)發(fā)展出諸多理論模型和方法，包括Skapski模型[11]、Eyring理論[12]、梯度理論[13]、Gheribi半經(jīng)驗模型[14]以及蒙特卡羅法[15]和分子動(dòng)力學(xué)法[16]等。但是，這些方法也存在一定的局限性。蒙特卡羅法和分子動(dòng)力學(xué)法在進(jìn)行計算機模擬時(shí)存在較高的波動(dòng)性和統計不確定性，Gheribi半經(jīng)驗模型和梯度理論均需要大量的實(shí)驗數據支持，而Skapski模型和Eyring理論則不適用于金屬-氣體系統研究。在以往的探索中，Butler方程[17]通常用于計算僅含金屬的二元合金表面張力，自Kaptay[18]改進(jìn)了Butler方程后，改進(jìn)的Butler方程便可用于預測金屬-氣系統的表面張力[19]。

在本工作中，通過(guò)表面能與內聚能的比例關(guān)系計算了液態(tài)Ag的表面張力和表面過(guò)剩熵?；诖?，通過(guò)合理假設，將液態(tài)Ag-O系視為理想溶液，從而簡(jiǎn)化Butler方程，獲得了液態(tài)Ag-O系的表面張力關(guān)于氧氣壓力和溫度的預測模型。此外，還探究了O原子的表面偏析行為。該研究為深入探索液態(tài)Ag-O系的表面性質(zhì)提供數據支持，并為金屬-氣系統表面張力預測模型的優(yōu)化提供參考。

液態(tài)Ag-O系表面張力和表面過(guò)剩量計算、氧氣壓力和溫度的預測模型——摘要 、簡(jiǎn)介

液態(tài)Ag-O系表面張力和表面過(guò)剩量計算、氧氣壓力和溫度的預測模型——模型

液態(tài)Ag-O系表面張力和表面過(guò)剩量計算、氧氣壓力和溫度的預測模型——結果與討論