表面應力

表面應力，是指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，材料產生此種單位面積變化所消耗的能量稱為表面應力。

表面應力定義：
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。
表面科學的產生已有上百年的歷史，顯微技術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巨觀性質卻面臨著很大的困難，這促使人們不得不同時沿著巨觀和微觀這兩條線索來研究表面的種種奇特性質。
近十幾年來，應力和應變對材料表面性質的影響正越來越受到重視，這方面的研究亦蓬勃地進行著，迄今已發表了不少包括理論、計算和實驗方面的結果，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，它對於特定的材料在一定的物理化學條件下是一個常數，定義為生成單位面積表面所需要的能量，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，問題就變得比較複雜了，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的嗎？如果不是，那么它和表面自由能之間有什麼聯繫嗎？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在他們關於表面物理的彈性效應的綜述文章中，從經典的彈性理論出發，經過一系列嚴密的推導，得到了表面應力的精確表達，並且詳細闡明了表面應力和表面自由能的區別以及聯繫。Muller等指出：表面應力不同於表面自由能，雖然它們的定義相同，都表示材料產生單位表面面積變化所需要的能量，然而區別在於發生這種物理過程的前提不同，前者為等表面原子數，而後者是等應變；前者表現為純變形，後者表現為表面的創造。然而，表面或者界面熱力學最先在流體系統中由Gibbs提出，在那時表面自由能和表面張力的概念是通用的，這對於流體是正確的，因為流體無法在等表面原子數的條件下進行拉伸；然而對於固體材料情況就不同了，由於傳統習慣的影響，人們難免將兩者的概念相互混淆。