Oberflächenwissenschaft ist die Studie von physischen und chemischen Phänomenen, die an der Schnittstelle von zwei Phasen, einschließlich fest-flüssiger Schnittstellen, Fest-Gasschnittstellen, Fest-Vakuumschnittstellen und Flüssig-Gasschnittstellen vorkommen. Es schließt die Felder der Oberflächenchemie und Oberflächenphysik ein. Einige zusammenhängende praktische Anwendungen werden als Oberflächentechnik klassifiziert. Die Wissenschaft umfasst Konzepte wie heterogene Katalyse, Halbleiter-Gerät-Herstellung, Kraftstoffzellen, hat Monoschichten und Bindemittel selbstgesammelt. Oberflächenwissenschaft ist nah verbunden, um zu verbinden, und kolloidale Wissenschaft. Zwischengesichtschemie und Physik sind allgemeine Themen für beide. Die Methoden sind verschieden. Außerdem studieren Schnittstelle und kolloidale Wissenschaft makroskopische Phänomene, die in heterogenen Systemen wegen Besonderheiten von Schnittstellen vorkommen.

Geschichte

Das Feld der Oberflächenchemie hat mit der heterogenen Katalyse angefangen, die von Paul Sabatier auf hydrogenation und Fritz Haber auf dem Prozess von Haber den Weg gebahnt ist. Irving Langmuir war auch einer der Gründer dieses Feldes, und die wissenschaftliche Zeitschrift auf der Oberflächenwissenschaft, Langmuir, trägt seinen Namen. Die Adsorptionsgleichung von Langmuir ist an die Mustermonoschicht-Adsorption gewöhnt, wo alle Oberflächenadsorptionsseiten dieselbe Sympathie für die Absorbieren-Arten haben. Gerhard Ertl 1974 beschrieben zum ersten Mal die Adsorption von Wasserstoff auf einer Palladium-Oberfläche das Verwenden einer neuartigen Technik genannt LEED. Ähnliche Studien mit Platin, Nickel und Eisen sind gefolgt. Die meisten neuen Entwicklungen in Oberflächenwissenschaften schließen den 2007-Nobelpreis von Chemie-Förderungen des Siegers Gerhard Ertl in der Oberflächenchemie, spezifisch ein

seine Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Kohlenmonoxid-Molekülen und Platin-Oberflächen.

Oberflächenchemie

Oberflächenchemie kann als die Studie von chemischen Reaktionen an Schnittstellen grob definiert werden. Es ist nah verbunden, um Technik zu erscheinen, die darauf zielt, die chemische Zusammensetzung einer Oberfläche durch die Integration von ausgewählten Elementen oder funktionellen Gruppen zu modifizieren, die verschiedene gewünschte Effekten oder Verbesserungen in den Eigenschaften der Oberfläche oder Schnittstelle erzeugen. Oberflächenchemie überlappt auch mit der Elektrochemie. Oberflächenwissenschaft ist von besonderer Wichtigkeit zum Feld der heterogenen Katalyse.

Das Festkleben von flüssigen oder Gasmolekülen zur Oberfläche ist als Adsorption bekannt. Das kann entweder wegen der Chemisorption oder durch physisorption sein. Diese werden auch in die Oberflächenchemie eingeschlossen.

Das Verhalten einer Lösung basierte Schnittstelle wird durch die Flächenladung, Dipole, Energien und ihren Vertrieb innerhalb der elektrischen doppelten Schicht betroffen.

Oberflächenphysik

Oberflächenphysik kann als die Studie von physischen Änderungen grob definiert werden, die an Schnittstellen vorkommen. Es überlappt mit der Oberflächenchemie. Einige der durch die Oberflächenphysik untersuchten Dinge schließen Oberflächenstaaten, Oberflächenverbreitung, Oberflächenrekonstruktion, Oberfläche phonons und plasmons ein, Kristallwachstum und Oberfläche haben das Zerstreuen von Raman, die Emission und tunneling von Elektronen, spintronics, und den Selbstzusammenbau von nanostructures auf der Oberfläche erhöht.

Analyse-Techniken

Die Studie und Analyse von Oberflächen sind mit sowohl physischen als auch chemischen Analyse-Techniken verbunden.

Mehrere moderne Methoden untersuchen die höchsten 1-10 nm von zum Vakuum ausgestellten Oberflächen. Diese schließen Röntgenstrahl-Photoelektronspektroskopie, Erdbohrer-Elektronspektroskopie, Elektronbeugung der niedrigen Energie, Elektronenergieverlust-Spektroskopie, desorption Thermalspektroskopie, Ion-Zerstreuen-Spektroskopie, sekundäre Ion-Massenspektrometrie, Doppelpolarisation interferometry und andere in die Liste von Material-Analyse-Methoden eingeschlossene Oberflächenanalyse-Methoden ein. Viele dieser Techniken verlangen Vakuum, weil sie sich auf die Entdeckung von Elektronen oder Ionen verlassen, die von der Oberfläche unter der Studie ausgestrahlt sind. Außerdem, im allgemeinen extremen Hochvakuum, im Rahmen 10 Drucks von Pascal oder besser, ist notwendig, um Oberflächenverschmutzung durch restliches Benzin, durch das Vermindern der Anzahl von Molekülen zu reduzieren, die die Probe im Laufe eines gegebenen Zeitabschnitts erreichen. An 0.1 mPa (10 Torr) bringt es nur 1 Sekunde, um eine Oberfläche mit einem Verseuchungsstoff zu bedecken, so viel niedrigerer Druck ist für Maße erforderlich.

Rein optische Techniken können verwendet werden, um Schnittstellen unter einem großen Angebot an Bedingungen zu studieren. Nachdenken-Absorption Infrarot-, Doppelpolarisation interferometry, Oberfläche hat Raman erhöht, und Summe-Frequenzgenerationsspektroskopien können verwendet werden, um festes Vakuum sowie festes Benzin, feste Flüssigkeit und Flüssig-Gasoberflächen zu untersuchen. Doppelpolarisation Interferometry wird verwendet, um die Ordnung und Störung in birefringent dünnen Filmen zu messen. Das ist zum Beispiel verwendet worden, um die Bildung von lipid bilayers und ihrer Wechselwirkung mit Membranenproteinen zu studieren.

Moderne physische Analyse-Methoden schließen Abtastung-tunneling der Mikroskopie (STM) ein, und eine Familie von Methoden ist davon hinuntergestiegen. Diese Mikroskopie hat die Fähigkeit und den Wunsch von Oberflächenwissenschaftlern beträchtlich vergrößert, die physische Struktur von vielen Oberflächen zu messen. Diese Zunahme ist mit einem allgemeineren Interesse an der Nanotechnologie verbunden.

Siehe auch

• Untersuchung von Kelvin zwingt Mikroskop
• Micromeritics
• Protein-Oberflächenmodifizierung von Biomaterials
• Oberfläche, die fertig ist
• Oberflächenmodifizierung
• Tribology

Links

• "Materialien von Ram Rao und Oberflächenwissenschaft", ein Video vom Wissenschaftsvertrauen von Vega
• Oberflächenchemie-Entdeckungen
• Langmuir, eine Zeitschrift der amerikanischen Chemischen Gesellschaft