气固相互作用一词,英文通常写作“gas-surface interactions”,因此有时会被简写为“GSI”,也有一些书或文章用的“gas-surface scattering”或者“gas-solid interactions”又或者“gas-surface collisions”,这些描述的都是同一物理过程。

气固相互作用是许多物理问题的基础,顾名思义,就是指气体和固体之间的相互作用,通常特指气体和固体的表面之间的相互作用,从微观上看就是气体分子朝向固体壁面运动,和固体壁面有一段时间相互作用,并最终远离固体壁面的过程。正因如此,会有人用碰撞或者散射来描述这个过程。单个气体分子朝向壁面的运动具有一定的随机性,实际研究中,通常会统计大量气体分子与壁面之间相互作用的规律。

在1976年出版的DYNAMICS OF GAS-SURFACE SCATTERING <sup>[1]</sup>一书中,作者用了几乎整篇前言来说明为什么他们选用了“gas-surface scattering”这个表述。他们认为,首先,使用“solid”一词是有误导性的,因为这仿佛是在说气体与一整块固体之间的相互作用,但其实我们的研究仅仅是在固体表面。其次,在气固相互作用这一物理过程中,使用“gas-surface collisions”过于片面了。因为气体分子与壁面的相互作用过程非常复杂,一方面来说,气体分子本身在壁面可能经过几次“跳跃”和碰撞,另一方面,当大量气体分子接近壁面,之前与壁面碰撞并反射的气体分子可能会被后来的气体分子撞回,被迫与壁面多次碰撞,仅仅简单的用“碰撞”一词说明这样复杂的过程太单薄了。相比之下,使用“scattering”一词更好,散射体现出了气体分子与壁面相互作用之后的结果。至于为什么不使用“interactions”,这是因为当时气固相互作用刚刚被人们关注并研究不久,研究手段主要是模型假设和实验,获得的结果完全不可能真正解释气固相互作用中涉及到的吸附、多相催化、化学反应、成核、冷凝等各种物理现象。

不过时至今日,这些发生在气固界面上的现象都在被研究中,虽然我们依然只摸到皮毛,但总体归于气固相互作用并使用“gas-surface interactions”来描述是完全没有问题的。

[1] Goodman, Frank R. and Harold Y. Wachman. “Dynamics of Gas-Surface Scattering.” (1976).

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