表面科学

表面科学与技术

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表面科学(surface science)是发生在两种相(包括固液界面、固气界面、固真空接口和液气界面)的界面的物理和化学现象研究。它包括表面化学和表面物理等领域。一些相关的实际应用常称为为表面工程,包括如多相催化半导体设备制造、燃料电池自组装单分子黏合剂等方面。表面科学和接口和胶体科学密切相关。界面化学和物理是双方共同课题。此外,界面与胶体科学研究由于接口特性发生在多相系统中的宏观现象。
中文名
表面科学
外文名
surface science

课程简介

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表面科学是一门涉及化学、材料、物理、生物等科学工程多学科的交叉领域,在当前的科学研究和工程应用中扮演着日益重要的角色,是应用化学化学工程材料科学以及其他相关专业的一门专业基础课程。其主要任务是通过各个教学环节,运用各种教学手段和方法,使学生掌握表面化学领域的基本概念、理论和研究方法以及本领域内的最新进展;主要内容包括:表面热力学、胶体与界面化学表面活性剂化学、溶液中软硬聚集体、纳米粒子与纳米结构材料、材料(无机、有机)表面化学、微制造与微化工过程中的表面化学等领域。

表面科学简史

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表面科学与技术表面科学与技术

表面化学从保罗·萨巴提做异质催化和弗里切·哈伯的哈伯过程开始。欧文·朗缪尔也是这领域的奠基人之一。表面科学杂志就是以他的名字命名的。朗缪尔方程用来描述所有相同吸收力样品的表面吸收。1974年格哈德·伊尔蒂用低能电子衍射技术第一次描述钯表面氢的吸收。随后,有用做类似的研究。表面科学最新近的发展包括格哈德·伊尔蒂2007年诺贝尔化学奖获得者的表面化学进展,特别是研究碳单分子层和钯的相互作用 [1]  。

表面科学内容

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表面化学

可以粗略地定义,表面化学是研究在介面上进行的化学反应。它和表面工程有密切的联系。表面工程选择元素或功能群而产生各种效应而改良表面的化学成份,或者改良表面或介面的性质。表面化学也和电化学交叉。表面化学对异质(heterogeneous)催化特别重要。

气体或液体分子附在表面称为吸附。可分为化学或物理吸附。它们都包括在表面化学里。介面上溶剂的性能受表面电荷,偶极子,能量以及它们在电偶层内的分布的影晌。

表面物理

可以粗略地定义,表面物理是研究在介面上发生的物理变化。它和表面化学交叉。一些用表面物理研究的课题,包括表面状态,表面扩散,表面重建,表面声子,表面等离子激元,外延,表面增强拉玛散射,电子的发射和隧道效应,自旋电子,以及自集合和纳米结构等。

分析技术

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表面的研究和分析包括物理和化学的二种分析技术。
几种现代的方法捡验在真空中最表层的1-10 nm。这些包括X-光光电子谱仪,俄歇电子谱仪,低能电子衍射,电子能量损失谱仪,热解吸收谱仪,离子散射谱仪,二次离子质谱仪,重极化干射仪。和其它表面分析方法,包括在材料分析方法表中。许多这些方法要求在真空中进行,依靠捡测从研究的表面发射出来的电子或离子。一般说,还要求超高真空(在10的负七次方帕斯卡压力,或更高)以减少剩余气体对表面的污染。因此,测量需要低压力。
在广泛范围内可用纯光学技术研究介面。反射吸收红外,重极化干涉仪,表面增强拉码,全频分光镜可用来捡验固-真空,以及固-气,固-液和液-气表面,重极化干涉仪可用来确定双折射薄膜中的有序或无序。例如,这已用来研究类酯物形成双分子层以及它们和薄膜蛋白的相互作用。
现代物理分析方法包括扫描隧道显微镜及其类似的设备。这些电子显微镜使表面科学家增加测量许多表面的结构的可能。这和对纳米技术更有兴趣有关。

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