investigacion tecnologica

SUPERFICIES E INTERFACES
INTRODUCCION
1.1
Estructura de la superficie de metales
1.2

Energética de superficies
1.2.1 Relajación y reconstrucción de superficies

1.3 Sensibilidad y especificidad superficial
1.4 Adsorción
1.5 Métodos de caracterización de superficies
1.5.1 Ultra alto vacío
1.5.2 Métodos in-situ

1.1

Estructura de la superficie de metales

Aplicacionestecnológicas
Metales ·como cristales finamente divididos (catalizadores)
·en forma masiva policristalina o monocristalina
(electrodos)
A nivel microscópico
Metales : conjunto de cristalitas simples.
Química de superficies de materiales
(naturaleza y tipo de superficies con diferentes propiedades)
IMPORTANTE!
Estudio independiente de diferentes superficies bien definidas

Formas estructurales demetales crsitalinos (bulk):
bcc
cúbico centrado en el cuerpo
fcc
cúbico centrado en las caras
hcp empaquetamiento hexagonal compacto

bcc

fcc

hcp
Superficie ordenada => Plano particular con un arreglo definido
de átomos. INDICES DE MILLER
-Simetría superficial
-Coordinación de átomos en la superficie
-Propiedades físicas (características electrónicas)
-Reactividad químicasuperficial

1.2

Energética de superficies

Todas las superficies son energéticamente desfavorables ∆Gform > 0
La contribución desfavorable a la energia libre total (rotura de
enlaces químicos) puede minimizarse:
-Reduciendo el área superficial expuesta (relajación y reconstrucción)
-Exponiendo planos superficiales con baja energía superficial.
-Alterando la geometría local superficialLas superficies mas estables son aquellas con alta densidad de átomos
superficiales y con alto número de coordinación de los átomos
superficiales (consideración en el vacío).
Orden de estabilidad = fcc(111) > fcc(100) > fcc(110)

1.2.1 Relajación y reconstrucción de superficies
Reacomodación de átomos de la superficie y próximos a ella para
minimizar la energía del sistema.
Limitacionescinéticas a bajas temperaturas.
Si hay adsorción de especies se puede aumentar, alterar o revertir el proceso

Relajación
Pequeño y sutil reacomodamiento de las capas superficiales, común
en superficies de metales y energéticamente significativo.
Involucra ajustes en el espaciamiento perpendicular de las capas en
la superficie y no hay cambio en la perioricidad paralela a la
superficie o ala simetría de la misma.

Superficie no relajada

Desbalance de fuerzas

Superficie relajada

Reconstrucción
Efecto mas realmente observable sobre sup. de metales menos
estables y sobre semiconductores.
Involucra desplazamientos mayores (a escala atómica), cambios en
la perioricidad de la estructura ó la simetría de la superficie
técnicas de difracción (LEED y RHEED).
inducedesdoblamiento de
bandas (niveles
de E)
superficiales
localizadas

Superficie no reconstruída de Si(100)-(1x1)

Superficie reconstruída de Si(100)-(1x1)

1.3 Sensibilidad y especificidad superficial

Problemas de sensibilidad y límites de detección
=>detección de la señal deseada sobre el nivel de ruido presente.
=>distinguir las señales que provienen de la superficie y del bulk.Ejemplo:

1 cm2 de superficie de sólido (~ 1015 átomos)

Para detectar átomos de impurezas a nivel del 1%, la técnica debe ser
sensible a aprox. 1013 átomos.
Por el contrario, en técnicas espectroscópicas de análisis de 1 cm3 de
líquido (1022 moléculas), la detección de 1013 moléculas requiere una
sensibilidad de 1ppb y pocas técnicas tienen este nivel de sensibilidad

Significado desensibilidad/especificidad de la superficie
Técnicas de análisis miden todos los átomos dentro de una
muestra bulk (S, L, G)
En una muestra de un sustrato B (1mm) con capa superficial de
un material A (10 nm)

Cuál sería la concentración de A (ppm) que debería poder ser
determinada por un análisis de bulk de la muestra?

Una técnica superficial sensible es más sensible a aquellos átomos...