Assignatura: Ciència de Superfícies

Quadrimestre: Primavera

Crèdits ECTS: 5

Professors: Fausto Sanz, Jordi Ignès i Ricardo Molina

Departament / Facultat: FS i JI (Dept. Química Física, Facultat de Química), RM (Dept. de Física Aplicada i Òptica, Facultat de Física), UB

Objectius:

El control de l’estructura atòmico-molecular es basa en l’estat sòlid. Un sòlid cristal.lí ofereix una superfície o interfície estructurada on te lloc la reacció, o bé, serveix de suport per a l’estructuració i/o reacció d’altres entitats moleculars Així doncs, el control de la superfície( o interfície sòlid-gas) o de qualsevulla interfície(sòlid-líquid, líquid-líquid, etc) es essencial per a la funcionalitat del nostre sistema. L’objectiu genèric es l’estudi físico-químic d’una superfície.

Competències que l’alumne haurà d’haver assolit al finalitzar l’assignatura:

Les competències a assolir per l’alumne són la Termodinàmica d’un sistema que conte una superficie/interfície, Estructura de la superfície i tècniques utilitzades, propietats inherents a la superfície i finalment, estudi cinètic i termodinàmic dels processos moleculars que es donen en una superfície.

Recomanacions / Requisits previs

Coneixements de Física General i Química General

CONTINGUTS:

1.- Ciencia de Superfícies, el preàmbul de la nanociencia. Aspectes termodinàmics: Energia superficial, estrés superficial, adhesió. Capilaritat, angle de contacte.

2.- Estructura d’una superfície neta. Cristalografia superficial. Técniques d’estudi de l’estructura: LEED, HREM, SPM. Relaxació i reconstrucció. Morfologia de la superfície. Estructura electrònica:conductors,semiconductors i aïllants.

3.- Tècniques superficials d’anàlisi: Sensibilitat i especificitat superficial. XPS&UPS,AES i SIMS. Espectroscòpia vibracional:IR,EELS. Conceptes bàsics en Espectroscòpia local i maping. (Electron Microscopy - SEM & SAM . Imaging XPS. SIMS Imaging & Depth Profiling.  Auger Depth
Profiling.  Scanning Probe Microscopy (STM/AFM))

4.-   Adsorció de moléculas a una superficie. Enllaç molecular a una superficie: Superestructures. Reconstrucció en presència d’un adsorbat. Exemples d’estructures. Cinètica d’adsorció. Corbes d’energia potencial I energètica de l’adsorció.  Mobilitat i difusió a la superficie. El procés de desorció.

5.- Termodinàmica i cinètica d’adsorció. Adsorció a la interfase sòlid-líquid. Químisorció i catàlisi:mecanismes. Relació cinètica-estructura.

6.- Tècniques de formació de superfícies ben definides. Creixement i epitaxia. Aspectes termodinàmics i cinètics(quasi-equilibri i no-equilibri) Tècniques de creixement: MBE, CVD, Ablació per làser. Sistemes auto-ensamblats (SAM’s) i capes de Langmuir-Blodgett(LB’s).

7.-Propietats mecàniques de sòlids. Tribologia: fricció, indentació, adhesió. Nanoindentació: microscopia de forces per mesurar propietats mecàniques. Nanotribologia: Microscopia de forces laterals per a mesurar fricció molecular

8.- Aplicacions a sistemes: Sessions de presentació de resultats per part dels propis autors.

En el cas del Tema 8, Aplicacions, es convidarà a 4-5 Investigadors a fer una presentació de ciència de superfícies adreçada a sistemes Nano en una única sessió per Investigador.

Planificació:

Hores presencials aula: 42 hores

Hores de treball dirigit: 28 hores

Hores per aprenentatge autònom: 67 hores

Bibliografia

(Exemplars disponibles a la BUB)

1.- Physical Chemistry of Surfaces, A.W.Adamson and A.P.Gast, 6th Ed, John Wiley &Sons Inc, New York, 1997

2.- Introduction to Surface Chemistry and Catálisis, by G.Somorjai, John Wiley & Son Inc, New York, 1994

3.- Physics at Surfaces, by A. Zangwill, Cambridge University Press, Cambridge, 1990

4.- Surfaces by G. Attard and C. Barnes, Oxford University Press, Oxford, 1998