Oberflächenprozesse

Oberflächenprozesse bezeichnen chemische, physikalische oder chemisch-physikalische Vorgänge, die primär an Grenzflächen stattfinden und deren Eigenschaften maßgeblich beeinflussen. Typische Grenzflächen sind Festkörper-Gas, Festkörper-Flüssigkeit oder Festkörper-Feststoff-Interfaces. Wegen der reduzierten Koordination der Oberflächenatome treten hier oft andere Reaktionswege, Aktivierungsenergien und Diffusionseigenschaften auf als im Materialinneren. Oberflächenprozesse sind daher oft dientlich für Katalyse, Korrosion, Beschichtungen und Sensorik.

In der Geowissenschaft umfassen Oberflächenprozesse Verwitterung, Erosion, Transport und Ablagerung. Physikalische Verwitterung entsteht durch Temperaturwechsel, mechanische Beanspruchung oder Frostsprengung, chemische Verwitterung durch Lösung, Hydrolyse oder Mineraldio. Diese Prozesse steuern die Gestaltung von Landschaften, Bodenbildung und Wasserhaushalt und stehen in Wechselwirkung mit Klima, Biologie und Oberflächenstrukturen von Gesteinen.

In der Materialwissenschaft und Technik umfassen Oberflächenprozesse Adsorption und Desorption von Molekülen, Oberflächenreaktionen wie Katalyse, Oberflächendiffusion und Rekonstruktion der Oberflächenstruktur, sowie Oxidation, Passivierung und Abscheidung von Dünnfilmen oder Ätzen. Oberflächenprozesse sind entscheidend für die Leistungsfähigkeit von Beschichtungen, die Effizienz von Katalysatoren, die Zuverlässigkeit von Halbleiterbauelementen und die Lebensdauer von Materialien durch Korrosionsschutz.

Untersuchungen erfolgen mit Methoden der Oberflächenanalytik, z. B. XPS, Auger-Spektroskopie, AFM/STM, Ellipsometrie oder Spektroskopie. Praktische Anwendungen reichen von Umweltschutz und Geologie bis hin zu Industrieprozessen in der Elektronik, Energie und Sensorik.