Fundamentos de la ciencia de superficies: Química y Física de la Nanoescala
La ciencia de superficies es un campo muy complejo que abarca múltiples disciplinas y está relacionado con las interacciones químicas y físicas que tienen lugar cuando se juntan dos fases. Estas interfaces pueden ser sólido-vacío, líquido-gas, sólido-líquido, sólido-gas, etc. Este artículo esbozará algunos de los elementos básicos de la ciencia de superficies y cómo se utiliza.
¿Cuál es la diferencia entre una superficie y una interfaz?
Los términos interfaz y superficie suelen utilizarse de forma similar para describir el límite entre dos fases distintas. Sin embargo, hay una diferencia entre ambos: una interfaz es la frontera entre dos regiones espaciales ocupadas por materiales en estados diferentes (como el punto en el que se encuentran dos sólidos o un líquido y un sólido).
Las superficies suelen definirse como la interfaz entre el aire/vacío y la materia. Por ello, las ciencias de las superficies que se ocupan de materiales sólidos suelen realizarse en condiciones de vacío.
Historia de la ciencia de superficies
La ciencia de las superficies se reconoció por primera vez como una interrelación entre la química y la física en la década de 1970, a raíz de una investigación que ayudó a desarrollar una comprensión de la catálisis heterogénea que condujo a un estudio más profundo de la química de superficies. Estas investigaciones sentaron las bases de la moderna ciencia de superficies.
Sin embargo, la ciencia de las superficies se remonta más atrás, ya que sin condiciones de vacío es extremadamente difícil estudiar con precisión la química y la física de las superficies sólidas. La difracción de electrones de baja energía se utilizó para investigar la adsorción de hidrógeno en la década de 1920.
En un principio, la difracción de electrones de baja energía no se consideraba adecuada para aplicaciones relacionadas con la ciencia de superficies porque utilizaba un haz colimado de electrones de baja energía. Este haz observaba entonces los patrones de difracción y las intensidades de los electrones reflejados en las superficies. Esto significa que el LEED necesitaba mejores métodos de vacío para ser académicamente viable.
Una vez que se pudo acceder a mejores métodos de vacío, el estudio de la química de superficies pudo continuar y progresar.
Ciencia de superficies y física y química a nanoescala
La ciencia de superficies es un término que hace referencia a una amplia gama de disciplinas académicas, que abarcan tanto la investigación en el mundo real como las industrias comerciales. Los investigadores estudian continuamente la ciencia de superficies en condiciones de vacío para comprender las características de una serie de materiales. La ciencia de superficies puede ofrecer información sobre propiedades como:
- Fenómenos cuánticos
- Piezoelectricidad
- Ferroelectricidad
- Catálisis
- Tribología
- Electrónica y óptica
La comprensión de las propiedades interfaciales a escala nanométrica ha ofrecido una mejor comprensión de los materiales y las tecnologías a nivel atómico. Esto es decisivo para la producción y el desarrollo de estructuras de película fina, computación cuántica, materiales monomoleculares, materiales 2D, pilas de combustible limpias, procesos ecológicos, energía fotovoltaica orgánica, etc.
Lo esencial
Al crear un nuevo producto, los sustratos se seleccionan por una serie de razones como el peso, la estética y el rendimiento. El diseño de las piezas repercute en la unión pegada y, por ello, seleccionar un adhesivo y comprender la química de la ciencia de superficies es sumamente importante.
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