Oberflächenforschung

Oberflächenforschung ist ein interdisziplinäres Teilgebiet der Physik, Chemie und Materialswissenschaft, das sich mit den physikalischen, chemischen und strukturellen Eigenschaften von Oberflächen und Grenzflächen festkörperlicher Materialien befasst. Ziel ist es, das Verhalten von Atomen und Molekülen in der Grenzregion zu verstehen, einschließlich Adsorption, Diffusion, Reaktionsprozessen und der Bildung von Adlayers. Oberflächen spielen eine zentrale Rolle bei Prozessen wie Katalyse, Korrosion, Reibung, Haftung und Benetzungsverhalten.

Zu den zentralen Untersuchungsgegenständen gehören die Struktur der Oberflächen, die elektronische Zustandsdichte, chemische Zusammensetzung sowie dynamische Prozesse, die an der Oberfläche stattfinden. Wissenschaftler erfassen diese Merkmale oft unter extremen Bedingungen (Ultrahochvakuum, hohe Temperaturen) oder im sogenannten Realraum (unter Umgebungsbedingungen). Theorien und Modelle der Oberflächen- und Grenzflächenthermodynamik ergänzen experimentelle Ergebnisse, um Reaktionswege, Stabilitäten von Adsorbaten und Rekonstruktionen abzuleiten.

Wichtige experimentelle Methoden umfassen Rastersondenmikroskopie (STM, AFM) zur topografischen und mechanischen Charakterisierung, Oberflächen- und Kernresonanzspektroskopien (XPS, UPS) zur chemischen Analyse, Beugungsmethoden (LEED) zur Oberflächenordnung sowie Spektroskopie- und Desorptionsverfahren (AES, TPD). Ergänzend kommen Elektronen-, Licht- und Mikroskopieverfahren sowie Computersimulationen (DFT, Molekulardynamik) zum Einsatz, um atomare Strukturen und Reaktionspfade zu modellieren.

Anwendungsfelder reichen von der heterogenen Katalyse, Elektronik- und Halbleiter-Technologien über Dünnfilm- und Beschichtungstechnik bis hin zu Sensorik, Energiespeicherung und Korrosionsschutz. Forschungseinrichtungen und Universitäten arbeiten oft interdisziplinär, um Oberflächenprozesse unter realen Bedingungen besser zu verstehen und zu steuern.