表面能指形成單位面積表面時體系內能的增量，材料表面的基本屬性之一。原子或分子因相互作用而凝聚成液體或固體，鍵合能具有負值。表面上的原子因失去一側近鄰，和體內原子相比則能量較高，這超額的能量構成表面能Es。
表面能依賴于晶體結構和原子排列，與表面弛豫和重構、吸附層等密切相關，對晶體外形和表面形貌、吸附和表面偏析等均有重要作用。液體或非晶態固體的表面能為各向同性的，晶體的表面能因取向而異，密排晶面的表面能較低，在接近熱平衡條件下容易顯露。
基本介紹
定義
產生單位面積新表面所作的功
物質
物質的表面具有表面張力σ，在恒溫恒壓下可逆地增大表面積dA，則需功σdA，因為所需的功等于物系自由能的增加，且這一增加是由于物系的表面積增大所致，故稱為表面自由能或表面能。
也可以這樣理解，由于表面層原子朝向外面的鍵能沒有得到補償，使得表面質點比體內質點具有額外的勢能，稱為表面能。
內能改變
由于物體表面積改變而引起的內能改變，單位面積的表面能的數值和表面張力相同，但兩者物理意義不同。
把一個固體材料分解成小塊需要破壞它內部的化學鍵，所以需要消耗能量。如果這個分解的過程是可逆的，那么把材料分解成小塊所需要的能量就小塊材料表面所增加的能量相等，即表面能增加。但事實上，只有在真空中剛剛形成的表面才符合上述能量守恒。因為新形成的表面是非常不穩定的，他們通過表面原子重組和相互間的反應，或者對周圍其他分子或原子的吸附，從而使表面能量降低。
例子：比如東西放時間長了會發現有灰塵附著，就是因為灰塵附著降低了物體的表面積，從而降低了物體的表面能，物質能量都有自動趨向降低，保持穩定的特點。
表面能級
能量守恒
砸碎石頭，就增大了石頭的表面能，但是同時你也做了功，能量守恒。
大學化學的解釋是表面層分子比內部分子多出一部分能量稱為表面能。
表面能級：晶體內部原有的三維周期性在表面處中斷而形成的電子能級，又稱表面態。
特殊的性質
由于表面層中的電子所處的表面勢場與三維晶體內部不同，電子態就表現出特殊的性質。
理論上，常把傳統的能帶計算法（見能帶理論）應用于表面薄層，以計算電子能量和波函數。描述表面電子態的波函數只存在于表面幾個原子層的區域內，進一步深入內部時，波函數迅速衰減。從化學鍵模型看，表面能級起源于表面原子朝外方向具有不飽和的價鍵，稱為懸掛鍵。
主要實驗
懸掛鍵
這些懸掛鍵可提供電子或吸收電子，相當于半導體中的施主雜質和受主雜質（見半導體），從而形成與施主能級或受主能級相當的表面能級。表面能級可位于體能帶的禁帶區內，也可位于允許帶內，后者稱為共振態。
清潔表面
清潔表面的表面能級稱為本征表面態。當表面 結構改變、表面吸附外來原子、或表面層存在各種缺陷時，表面能級的密度和分布均會發生明顯變化。研究表面能級的起源、密度和分布，以及與表面結構的關系是表面物理學的基本內容之一。研究表面能級的主要實驗手段有光電子能譜、離子中和譜等。
參考資料 >
表面能.中國大百科.2024-04-08