पृष्ठ रसायन विज्ञान

भूतल विज्ञान भौतिकी और रसायन विज्ञान की घटनाओं का अध्ययन है जो ठोस-तरल इंटरफेस, ठोस-गैस इंटरफेस, ठोस-खालीपन इंटरफेस और तरल-गैस इंटरफेस सहित दो चरण (पदार्थ) के इंटरफेस (रसायन विज्ञान) में होता है। इसमें सतह रसायन और सतह भौतिकी के क्षेत्र शामिल हैं। कुछ संबंधित व्यावहारिक अनुप्रयोगों को सतह इंजीनियरिंग के रूप में वर्गीकृत किया गया है। विज्ञान विषम उत्प्रेरण, अर्धचालक उपकरण निर्माण, ईंधन कोशिकाओं, स्व-इकट्ठे मोनोलेयर्स और चिपकने जैसी अवधारणाओं को शामिल करता है। भूतल विज्ञान इंटरफेस और कोलाइड विज्ञान से निकटता से संबंधित है। इंटरफैसिअल केमिस्ट्री और फिजिक्स दोनों के लिए कॉमन सब्जेक्ट हैं। तरीके अलग हैं। इसके अलावा, इंटरफ़ेस और कोलाइड साइंस स्थूल घटनाओं का अध्ययन करता है जो इंटरफेस की ख़ासियत के कारण विषम प्रणालियों में होती हैं।

इतिहास
सतह रसायन विज्ञान का क्षेत्र हाइड्रोजनीकरण पर पॉल सबेटियर (रसायनज्ञ) और हैबर प्रक्रिया पर फ्रिट्ज हैबर द्वारा अग्रणी विषम कटैलिसीस के साथ शुरू हुआ। इरविंग लैंगमुइर भी इस क्षेत्र के संस्थापकों में से एक थे, और सतह विज्ञान पर वैज्ञानिक पत्रिका, लैंगमुइर (पत्रिका), उनके नाम पर है। लैंगमुइर समीकरण का उपयोग मोनोलेयर सोखने के मॉडल के लिए किया जाता है, जहां सभी सतह सोखने वाली साइटों में सोखने वाली प्रजातियों के लिए समान संबंध होते हैं और एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं। 1974 में गेरहार्ड एर्टल ने पहली बार कम-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन नामक एक उपन्यास तकनीक का उपयोग करके एक दुर्ग सतह पर हाइड्रोजन के सोखने का वर्णन किया। प्लैटिनम के साथ समान अध्ययन, निकल, और लोहा पीछा किया। भूतल विज्ञान में सबसे हाल के विकास में रसायन विज्ञान विजेता गेरहार्ड एर्टल की सतह रसायन विज्ञान में विशेष रूप से 2007 का नोबेल पुरस्कार शामिल है। कार्बन मोनोऑक्साइड अणुओं और प्लेटिनम सतहों के बीच परस्पर क्रिया की उनकी जांच।

रसायन विज्ञान
सरफेस केमिस्ट्री को मोटे तौर पर इंटरफेस पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं के अध्ययन के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। यह सतह इंजीनियरिंग से निकटता से संबंधित है, जिसका उद्देश्य सतह या इंटरफ़ेस के गुणों में विभिन्न वांछित प्रभाव या सुधार उत्पन्न करने वाले चयनित तत्वों या कार्यात्मक समूहों को शामिल करके सतह की रासायनिक संरचना को संशोधित करना है। विषम कटैलिसीस, इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री और गेओचेमिस्त्र्य के क्षेत्र में भूतल विज्ञान का विशेष महत्व है।

कटैलिसीस
सतह पर गैस या तरल अणुओं के आसंजन को अधिशोषण के रूप में जाना जाता है। यह या तो रासायनिक शोषण या भौतिक शोषण के कारण हो सकता है, और उत्प्रेरक सतह पर आणविक सोखना की ताकत उत्प्रेरक के प्रदर्शन के लिए गंभीर रूप से महत्वपूर्ण है (सबेटियर सिद्धांत देखें)। हालांकि, इन घटनाओं का वास्तविक उत्प्रेरक कणों में अध्ययन करना मुश्किल है, जिनकी जटिल संरचनाएं हैं। इसके बजाय, प्लेटिनम जैसी उत्प्रेरक रूप से सक्रिय सामग्रियों की अच्छी तरह से परिभाषित एकल क्रिस्टल सतहों को अक्सर मॉडल उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है। उत्प्रेरक सक्रिय धातु कणों और सहायक ऑक्साइड के बीच बातचीत का अध्ययन करने के लिए बहु-घटक सामग्री प्रणालियों का उपयोग किया जाता है; ये एकल क्रिस्टल सतह पर अति-पतली फिल्मों या कणों के बढ़ने से उत्पन्न होते हैं। इन सतहों की संरचना, संरचना और रासायनिक व्यवहार के बीच संबंधों का अध्ययन अति उच्च वैक्यूम तकनीकों का उपयोग करके किया जाता है, जिसमें सोखना और थर्मल desorption स्पेक्ट्रोस्कोपी | परिणामों को रासायनिक मॉडल में डाला जा सकता है या नए उत्प्रेरकों के तर्कसंगत डिजाइन की ओर इस्तेमाल किया जा सकता है। सतह विज्ञान मापन की परमाणु-पैमाने की सटीकता के कारण प्रतिक्रिया तंत्र को भी स्पष्ट किया जा सकता है।

विद्युत रसायन
इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री एक ठोस-तरल या तरल-तरल इंटरफ़ेस पर लागू क्षमता के माध्यम से संचालित प्रक्रियाओं का अध्ययन है। इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस का व्यवहार विद्युत डबल परत बनाने वाले इंटरफ़ेस के बगल में तरल चरण में आयनों के वितरण से प्रभावित होता है। स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी | स्पेक्ट्रोस्कोपी, स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी और एक्स-रे क्रिस्टल ट्रंकेशन रॉड | सतह एक्स-रे स्कैटरिंग। ये अध्ययन पारंपरिक इलेक्ट्रोकेमिकल तकनीकों जैसे कि चक्रीय वोल्टामीटर को इंटरफेसियल प्रक्रियाओं की प्रत्यक्ष टिप्पणियों से जोड़ते हैं।

भू-रसायन
लौह चक्र और मिट्टी के संदूषण जैसी भूगर्भिक घटनाएँ खनिजों और उनके पर्यावरण के बीच अंतरापृष्ठ द्वारा नियंत्रित होती हैं। खनिज-समाधान इंटरफेस के परमाणु-पैमाने की संरचना और रासायनिक गुणों का अध्ययन सीटू सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोत एक्स-रे तकनीकों जैसे एक्स-रे परावर्तकता, एक्स-रे खड़ी लहरें और एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ-साथ स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके किया जाता है।. उदाहरण के लिए, खनिज सतहों पर विषाक्त भारी धातु या एक्टिनाइड सोखने के अध्ययन से सोखने के आणविक-पैमाने के विवरण का पता चलता है, जिससे यह अनुमान लगाया जा सकता है कि ये संदूषक मिट्टी के माध्यम से कैसे यात्रा करते हैं। या प्राकृतिक विघटन-वर्षा चक्रों को बाधित करें।

भौतिकी
सतह भौतिकी को मोटे तौर पर परिभाषित किया जा सकता है कि इंटरफेस पर होने वाली भौतिक बातचीत के अध्ययन के रूप में। यह सतह रसायन शास्त्र के साथ ओवरलैप करता है। सतह भौतिकी में जांच किए गए कुछ विषयों में घर्षण, सतह की स्थिति, सतह का प्रसार, सतह का पुनर्निर्माण, सतह के फोनोन और plasmon, epitaxy, उत्सर्जन और इलेक्ट्रॉनों की क्वांटम टनलिंग, spintronics और सतहों पर नैनोसंरचनाओं का स्व-संयोजन शामिल हैं। सतहों पर प्रक्रियाओं की जांच करने की तकनीकों में सतह एक्स-रे प्रकीर्णन, स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी, सतह-संवर्धित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी और एक्स - रे फ़ोटोइलैक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी | एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस) शामिल हैं।

विश्लेषण तकनीक
सतहों के अध्ययन और विश्लेषण में भौतिक और रासायनिक विश्लेषण तकनीक दोनों शामिल हैं।

कई आधुनिक विधियाँ वैक्यूम के संपर्क में आने वाले इंटरफ़ेस (मामला)पदार्थ) के सबसे ऊपरी 1-10 एनएम की जांच करती हैं। इनमें कोण-समाधान फोटो उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी (ARPES), एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS), ऑगर इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (AES), कम ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन (LEED), इलेक्ट्रॉन ऊर्जा हानि स्पेक्ट्रोस्कोपी (EELS), थर्मल डिसोर्शन स्पेक्ट्रोस्कोपी (TPD) शामिल हैं।, आयन प्रकीर्णन स्पेक्ट्रोस्कोपी (ISS), द्वितीयक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री, दोहरे ध्रुवीकरण इंटरफेरोमेट्री, और अन्य सतह विश्लेषण विधियों को सामग्री विश्लेषण विधियों की सूची में शामिल किया गया है। इनमें से कई तकनीकों में वैक्यूम की आवश्यकता होती है क्योंकि वे अध्ययन के तहत सतह से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों या आयनों का पता लगाने पर भरोसा करते हैं। इसके अलावा, सामान्य अल्ट्रा-हाई वैक्यूम में, 10 की सीमा में−7 पास्कल (यूनिट) दबाव या बेहतर, एक निश्चित समय अवधि में नमूने तक पहुंचने वाले अणुओं की संख्या को कम करके, अवशिष्ट गैस द्वारा सतह के संदूषण को कम करना आवश्यक है। 0.1 एमपीए (10−6 torr) एक संदूषक का आंशिक दबाव और तापमान और दबाव के लिए मानक स्थितियां, यह केवल 1 सेकंड के क्रम में एक सतह को दूषित करने वाले एक-से-एक मोनोलेयर के साथ सतह परमाणुओं को कवर करने के लिए लेता है, इतना माप के लिए कम दबाव की आवश्यकता होती है। यह सामग्री के (संख्या) विशिष्ट सतह क्षेत्र और गैसों के गतिज सिद्धांत से टकराव दर सूत्र के लिए परिमाण अनुमान के क्रम से पाया जाता है।

विशुद्ध रूप से ऑप्टिकल तकनीकों का उपयोग विभिन्न प्रकार की परिस्थितियों में इंटरफेस का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है। परावर्तन-अवशोषण अवरक्त, दोहरे ध्रुवीकरण इंटरफेरोमेट्री, सतह-संवर्धित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी और योग आवृत्ति पीढ़ी स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग ठोस-वैक्यूम के साथ-साथ ठोस-गैस, ठोस-तरल और तरल-गैस सतहों की जांच के लिए किया जा सकता है। बहु-पैरामीट्रिक सतह प्लास्मोन प्रतिध्वनि ठोस-गैस, ठोस-तरल, तरल-गैस सतहों में काम करती है और उप-नैनोमीटर परतों का भी पता लगा सकती है। यह इंटरेक्शन कैनेटीक्स के साथ-साथ गतिशील संरचनात्मक परिवर्तन जैसे लिपोसोम पतन की जांच करता है या विभिन्न पीएच में परतों की सूजन। द्वि-ध्रुवीकरण इंटरफेरोमेट्री का उपयोग द्विप्रतिरोधी पतली फिल्मों में क्रम और व्यवधान को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। इसका उपयोग, उदाहरण के लिए, लिपिड बाइलेयर्स के गठन और झिल्ली प्रोटीन के साथ उनकी बातचीत का अध्ययन करने के लिए किया गया है।

अपव्यय निगरानी के साथ क्वार्ट्ज क्रिस्टल माइक्रोबैलेंस जैसी ध्वनिक तकनीकों का उपयोग ठोस-वैक्यूम, ठोस-गैस और ठोस-तरल इंटरफेस के समय-समाधान माप के लिए किया जाता है। यह विधि अणु-सतह की बातचीत के साथ-साथ संरचनात्मक परिवर्तनों और एडलेयर के विस्कोलेस्टिक गुणों के विश्लेषण की अनुमति देती है।

एक्स-रे स्कैटरिंग और स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीकों का उपयोग सतहों और इंटरफेस को चिह्नित करने के लिए भी किया जाता है। जबकि इनमें से कुछ मापों को एक्स-रे ट्यूब | प्रयोगशाला एक्स-रे स्रोतों का उपयोग करके किया जा सकता है, कई को सिंक्रोट्रॉन विकिरण की उच्च तीव्रता और ऊर्जा ट्यूनेबिलिटी की आवश्यकता होती है। एक्स-रे क्रिस्टल ट्रंकेशन रॉड्स (सीटीआर) और एक्स-रे स्टैंडिंग वेव्स | एक्स-रे स्टैंडिंग वेव (एक्सएसडब्ल्यू) माप उप-एंगस्ट्रॉम रिज़ॉल्यूशन के साथ सतह और सोखना संरचनाओं में परिवर्तन की जांच करते हैं। भूतल-विस्तारित एक्स-रे अवशोषण ठीक संरचना (SEXAFS) माप समन्वय संरचना और adsorbates की रासायनिक स्थिति को प्रकट करते हैं। चराई-घटना छोटे-कोण बिखरने | चराई-घटना छोटे कोण एक्स-रे बिखरने (GISAXS) से सतहों पर नैनोकणों का आकार, आकार और अभिविन्यास प्राप्त होता है। चराई घटना विवर्तन | चराई-घटना एक्स-रे विवर्तन (GIXD, GIXRD) का उपयोग करके पतली फिल्मों की क्रिस्टल संरचना और बनावट (क्रिस्टलीय) की जांच की जा सकती है।

एक्स-रे photoelectrons स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस) सतह की प्रजातियों के रासायनिक राज्यों को मापने और सतह संदूषण की उपस्थिति का पता लगाने के लिए एक मानक उपकरण है। लगभग 10-1000 इलेक्ट्रॉनवोल्ट की गतिज ऊर्जा वाले फोटोइलेक्ट्रॉनों का पता लगाकर सतह की संवेदनशीलता प्राप्त की जाती है, जिनके पास केवल कुछ नैनोमीटर के अकुशल माध्य मुक्त पथ होते हैं। अधिक यथार्थवादी गैस-ठोस और तरल-ठोस इंटरफेस की जांच के लिए इस तकनीक को निकट-परिवेश दबावों (परिवेश दबाव XPS, AP-XPS) पर संचालित करने के लिए विस्तारित किया गया है। सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोतों पर हार्ड एक्स-रे के साथ एक्सपीएस का प्रदर्शन कई केवी (हार्ड एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी, एचएएक्सपीईएस) की गतिज ऊर्जा के साथ फोटोइलेक्ट्रॉन पैदा करता है, जो दबे हुए इंटरफेस से रासायनिक जानकारी तक पहुंच को सक्षम करता है। आधुनिक भौतिक विश्लेषण विधियों में स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप | स्कैनिंग-टनलिंग माइक्रोस्कोपी (एसटीएम) और परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम) सहित विधियों का एक परिवार शामिल है। इन सूक्ष्मदर्शी ने कई सतहों की भौतिक संरचना को मापने के लिए सतह वैज्ञानिकों की क्षमता और इच्छा में काफी वृद्धि की है। उदाहरण के लिए, वे वास्तविक अंतरिक्ष में ठोस-गैस इंटरफ़ेस पर प्रतिक्रियाओं का पालन करना संभव बनाते हैं, यदि वे साधन द्वारा सुलभ समय के पैमाने पर आगे बढ़ते हैं।

इस पेज में लापता आंतरिक लिंक की सूची

 * स्व-समूहन
 * चरण (मामला)
 * इंटरफ़ेस (रसायन विज्ञान)
 * भौतिक विज्ञान
 * इंटरफ़ेस और कोलाइड विज्ञान
 * विषम कटैलिसीस
 * ईंधन सेल
 * गोंद
 * विजातीय
 * पॉल Sabatier (केमिस्ट)
 * कम ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन
 * रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार
 * स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी
 * कम ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन
 * बरमा इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी
 * विद्युत दोहरी परत
 * मिट्टी दूषण
 * खनिज पदार्थ
 * एक्स-रे परावर्तन
 * जहरीली भारी धातु
 * नैनोस्ट्रक्चर
 * सतही अवस्थाएँ
 * भूतल-संवर्धित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी
 * सतह प्रसार
 * टकराव
 * फोनन
 * माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री
 * गैसों का गतिज सिद्धांत
 * बहु-पैरामीट्रिक सतह समतल अनुनाद
 * चराई-घटना लघु-कोण प्रकीर्णन
 * बेलोचदार मतलब मुक्त पथ
 * क्रिस्टल की संरचना

बाहरी संबंध

 * "Ram Rao Materials and Surface Science", a video from the Vega Science Trust
 * Surface Chemistry Discoveries
 * Surface Metrology Guide