Oberflächenvorgänge

Oberflächenvorgänge umfassen alle Prozesse, die an Grenzflächen zwischen zwei Phasen stattfinden, etwa zwischen Feststoff und Gas, Feststoff und Flüssigkeit oder zwischen zwei Flüssigkeiten. Sie bestimmen wesentliche Eigenschaften von Materialien, darunter Haftung, Benetzbarkeit, Reibung und Korrosion, beeinflussen die Bildung von Dünnschichten sowie die Katalyse chemischer Reaktionen und die Tribologie im Kontakt von Oberflächen.

Zu den zentralen Mechanismen gehören Adsorption und Desorption von Atomen oder Molekülen an der Oberfläche, die sich physikalisch (Physisorption) oder chemisch (Chemisorption) unterscheiden können. Oberflächendiffusion lässt Atome entlang der Grenzfläche wandern und prägt die Nano- und Mikrostruktur. Oberflächenreaktionen, einschließlich Katalyse, finden bevorzugt an der Oberfläche statt, oft mit verändertem Aktivierungsbarrieren. Benetzung und Kapillarität beschreiben, wie Flüssigkeiten an Oberflächen haften oder abschnittsweise verformen. Oberflächenreihen und Rekonstruktionen verändern die chemische und geometrische Struktur der Grenzfläche und beeinflussen Wachstumsprozesse sowie Phasenübergänge am Oberflächenniveau. Beim Dünnschicht- oder epitaktischen Wachstum bestimmen Wachstumsmodi wie Volmer–Weber, Frank–van der Merwe oder Stranski–Krastanov, wie Schicht- und Körnchenstrukturen entstehen.

Die Untersuchung von Oberflächenvorgängen nutzt verschiedene Mess- und Bildgebungstechniken, darunter Raster- und Rastertunnelmikroskopie (AFM/STM), Beugungstechniken wie LEED, Oberflächen­spektroskopie wie XPS, sowie Methoden zur Bestimmung der Benetzung, zum Beispiel Kontaktwinkelmessung. Zusätzlich liefern Röntgen- und Spektroskonstrukte Einblicke in die Struktur und das chemische Umfeld der Oberfläche.

Oberflächenvorgänge sind grundlegend für Anwendungen in der Materialwissenschaft, der Katalyse, der Mikro- und Nanotechnologie sowie der Korrosions- und Tribologie-Engineering. Ein vertieftes Verständnis ermöglicht die gezielte Steuerung von Haftung, Reaktionswegen, Oberflächenmaterialien und der Stabilität von Dünnschichten.