表面應力

    因為拉伸或者彎曲也會引起材料表面面積的變化，同時也消耗能量，材料產(chǎn)生此種單位面積變化所消耗的能量稱為表面應力。
　　表面科學的產(chǎn)生已有上百年的歷史，顯微技術(shù)的進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沿著宏觀和微觀這兩條線索來研究表面的種種奇特性質(zhì)。
　　近十幾年來，應力和應變對材料表面性質(zhì)的影響正越來越受到重視，這方面的研究亦蓬勃地進行著，迄今已發(fā)表了不少包括理論、計算和實驗方面的結(jié)果，但是離深刻理解表面彈性作用的機理仍相距甚遠。
　　表面熱力學中有一個很重要的概念——表面自由能，它對于特定的材料在一定的物理化學條件下是一個常數(shù)，定義為生成單位面積面所需要的能量，這個定義原來被認為是相當精確的，然而如果考慮材料的彈性變形，譬如拉伸或者彎曲過程，問題就變得比較復雜了，因為拉伸或者彎曲也會引起材料表面面積的變化，同時也消耗能量，材料產(chǎn)生此種單位面積變化所消耗的能量稱為表面應力，問題自然而然就產(chǎn)生了，表面應力是不是表面自由能呢？如果是，它是與材料變形無關(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？這些問題困擾了不少研究表面彈性效應的學者。
　　04年Muller和Saul在他們關(guān)于表面物理的彈性效應的綜述文章[1]中，從經(jīng)典的彈性理論出發(fā)，經(jīng)過一系列嚴密的推導，得到了表應力的精確表達，并且詳細闡明了表面應力和表面自由能的區(qū)別以及聯(lián)系。Muller等指出：表面應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)生這種物理過程的前提不同，前者為等表面原子數(shù)，而后者是等應變；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最先在流體系統(tǒng)中由Gibbs提出，在那時表面自由能和表面張力的概念是通用的，這對于流體是正確的，因為流體無法在等表面原子數(shù)的條件下進行拉伸；然而對于固體材料情況就不同了，由于傳統(tǒng)習慣的影響，人們難免將兩者的概念相互混淆。