薄膜・表面・ナノ材料
金属結晶の表面エネルギーについての説明として正しいものはどれか。
- A表面の原子は結合の一部を失うので表面エネルギーは正で、一般に原子が密に詰まった低指数面ほど小さい
- B表面の原子は隣の原子が少ないぶん自由に動けて内部の原子より安定なので、表面エネルギーは負の値をとる
- C金属結合には方向性がないので、切れる結合の数も面によらず、表面エネルギーは結晶面の向きによらず一定である
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正解：A. 表面の原子は結合の一部を失うので表面エネルギーは正で、一般に原子が密に詰まった低指数面ほど小さい
結晶を切って表面をつくると、表面の原子は隣の原子との結合の一部を失います。そのぶんエネルギーが高くなるので、単位面積あたりの余分なエネルギーである表面エネルギーは正の値です。金属結合に方向性がないとしても、切れる結合の数は面によって異なり、FCCの{111}面のように原子が密に詰まった面では面に垂直な方向の結合が少ないので、表面エネルギーが小さくなります。そのため結晶の平衡形状や成長した粒子には、低指数の最密面が現れやすくなります。結合が強く融点の高い金属ほど表面エネルギーは大きく、タングステンは約3 J/m²、アルミニウムは約1 J/m² 程度です。