Oberflächenphänomene

Oberflächenphänomene sind Prozesse und Eigenschaften, die an Grenzflächen zwischen Phasen auftreten, etwa zwischen Festkörper und Gas, Flüssigkeit und Gas oder Festkörper und Flüssigkeit. Am Oberflächenbereich spielen Symmetriebrüche, reduzierte Koordination der Atome und spezifische Wechselwirkungen eine zentrale Rolle, wodurch Prozesse an der Oberfläche oft anders verlaufen als im Innern eines Materials.

Zu den typischen Phänomenen gehören Oberflächenspannung und Oberflächenenergie, die Benetzung und Kapillarität beeinflussen; Adsorption von Molekülen, sowohl physikalische als auch chemische Adsorption; sowie Oberflächenreaktionen wie Katalyse, Korrosion oder Passivierung. Die Benetzung wird häufig durch den Kontaktwinkel beschrieben; Veränderungen der Oberflächenstruktur können Wetting-Verhalten, Benetzbarkeit und Lichtstreuung beeinflussen.

Die Oberflächenstruktur, Rauheit und Rekonstruktion wirken sich auf Reibung, Haftung und mechanische Integrität aus und beeinflussen optische Eigenschaften durch Reflektion und Streuung. Biologische Oberflächen betreffen Proteinadsorption und Zelladhäsion, die Reaktionen von Implantaten oder Biomaterialien maßgeblich mitbestimmen.

Zur Untersuchung werden Methoden wie Kontaktwinkelmessung, Rasterkraftmikroskopie (AFM), Rasterelektronenmikroskopie (REM/SEM), Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) und Ellipsometrie eingesetzt; auch Oberflächenplasmonen-Spektroskopie dient der Analyse. In der Praxis ermöglichen Oberflächenphänomene die Entwicklung von Beschichtungen, Veredelungen, Mikro- und Nanostrukturen, Sensorik, Optik sowie biomedizinischen Anwendungen.