Oppervlaktefysica

De oppervlaktefysica is het deelgebied van de vastestoffysica dat zich bezighoudt met de geometrie, de elektronenstructuur en de adsorptie van stoffen aan het oppervlak van vaste stoffen. Onder het oppervlak van een kristallijne vaste stof verstaat men de grenslaag waarin de geometrische en elektronenstructuur essentieel afwijkt van die binnenin het kristal. Deze grenslaag is in feite enkele atoomlagen diep. De geometrie van het oppervlak wordt beschreven met behulp van tweedimensionale kristallografie. In plaats van de 14 bravaistralies in de driedimensionale kristallografie, zijn er in twee dimensies maar vijf bravaistralies, het parallellogram-, vierkant-, rechthoek-, hexagonale en het rechthoekig-vlakgecentreerde rooster.

Men verstaat onder de adsorptie aan een oppervlak van een stof het verschijnsel dat atomen en moleculen zich vanuit de gasfase op het oppervlak ophopen en daar door vanderwaalskrachten of door chemische binding worden gebonden. Daardoor zijn alle vaste stoffen in lucht met minimaal één laag atomen of moleculen bedekt. Om dit te voorkomen, worden de meeste onderzoeken in hoogvacuüm of zelfs ultrahoogvacuüm uitgevoerd. Een dunne laag atomen of moleculen op een andere stof wordt een film genoemd.

Moleculen of atomen die door vanderwaalskrachten aan het oppervlak worden gebonden worden fysisorbaten genoemd, moleculen of atomen die door chemische binding worden gebonden worden chemisorbaten genoemd. Fysisorbaten zijn meestal zeer zwak gebonden. Daarom moet de te onderzoeken vaste stof ten minste met vloeibare stikstof of zelfs met vloeibare helium worden gekoeld. Zij kunnen door opwarmen tot relatief lage temperaturen worden gedesorbeerd, worden afgedampt. Chemisorbaten zijn meestal sterker gebonden en kunnen meestal bij kamertemperatuur worden onderzocht. Voor zwakker gebonden chemisorbaten volstaat meestal koeling met vloeibare stikstof.

Het lotuseffect treedt bijvoorbeeld op bij hydrofobe oppervlakken. De microscopische structuur van het oppervlak is de oorzaak van het effect. Materiaalkundigen proberen materialen met behulp van nanotechnologie te ontwikkelen door het effect na te bootsen.

Betreffende oppervlakken zijn er ook de oppervlaktechemie en de oppervlaktespanning.

• H Lüth. Solid Surfaces, Interfaces and Thin Films, 2015, ISBN 3-540-42331-1
• K Oura, VG Lifshits, AA Saranin, AV Zotov en M Katayama. Surface Science, 2003. Springer Verlag, Heidelberg, ISBN 3-540-00545-5

• Dit artikel of een eerdere versie ervan is een (gedeeltelijke) vertaling van het artikel Oberflächenphysik op de Duitstalige Wikipedia, dat onder de licentie Creative Commons Naamsvermelding/Gelijk delen valt. Zie de bewerkingsgeschiedenis aldaar.