Science des surfaces

La science des surfaces est une section de la science des matériaux consacrée à l'étude des phénomènes physiques et chimiques qui se produisent à l'interface entre deux phases ou entre une phase et le vide. Les propriétés de la matière en surface sont en effet distinctes de celles du cœur des matériaux (bulk). Par exemple, la coordinence des atomes en surface est inférieure à celle des atomes du reste du matériau ce qui induit une réactivité particulière de ces derniers.

Parmi les applications de la science des surfaces, on peut citer :

la catalyse hétérogène ;
les puces à ADN ainsi que les détecteurs de produits par interaction avec une surface de manière générale ;
les matériaux biocompatibles ;
la préparation de composants pour la microélectronique[1].

Historique

La science des surfaces s'est développée au début du XX^e siècle avec le développement des applications industrielles de la catalyse hétérogène, notamment la production de l'ammoniac par le procédé Haber ou d'hydrogénation par les travaux de Paul Sabatier. Afin de comprendre les phénomènes à la surface du catalyseur, il était important de connaître les interactions entre la surface d'un solide et des molécules pouvant s'y adsorber.

Les travaux d'Irving Langmuir permettent de d'apporter des méthodes pour comprendre le fonctionnement de cette catalyse et de poser les fondements de la science des surfaces[2]. En particulier, l'isotherme de Langmuir, qu'il publie en 1916, relie le recouvrement d'une surface en adsorbats avec les conditions de pression fixées dans l'atmosphère environnante.

Le développement de techniques de caractérisation de la surface permettra ensuite d'affiner la connaissance de la surface et de son interaction avec son environnement. En particulier, la microscopie à effet tunnel, inventée en 1981, permet de sonder la morphologie et les propriétés électroniques de surfaces conductrices et semi-conductrices avec une résolution de la taille de l'atome et donc d'avoir une image assez fidèle de la structure de la surface.

Chimie des surfaces

La chimie des surfaces est l'étude des interactions entre des espèces chimiques et une surface.

Physique des surfaces

La physique des surfaces étudie les changements physiques qui se produisent aux interfaces. La physique des surfaces étudie entre autres :

les reconstructions superficielles ;
les plasmons et phonons de surfaces ;
l'épitaxie ;
l'émission électronique (en) (en anglais : Surface-enhanced Raman scattering) ;
l'effet tunnel des électrons ;
la spintronique ;
la formation de nanostructures sur les surfaces.

Articles connexes

Références

http://www.chimie-paristech.fr/labos/LPCS/francais/accueil.htm
(en) « The Nobel Prize in Chemistry 1932 », sur NobelPrize.org (consulté le 26 septembre 2020).

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[1] ttp://www.chimie-paristech.fr/labos/LPCS/francais/accueil.htm

[2] (en) « The Nobel Prize in Chemistry 1932 », sur NobelPrize.org (consulté le 26 septembre 2020).