Раздел “Химия поверхности”

Белорусский государственный университет
Химический факультет
Химия поверхности
Программа специального учебного курса для студентов
специальности 1-31 05 01 Химия
специализации «Неорганическая химия», «Химия твердого тела и полупроводников»
Составитель:
доцент кафедры неорганической химии,
кандидат химических наук Е.И. Василевская
Минск, 2011
Пояснительная записка
Спецкурс «Химия поверхности» предназначен для студентов IV курса,
специализирующихся в области неорганической химии, химии твердого тела и
полупроводников. Цель спецкурса - ознакомить студентов с современными
представлениями о реальной структуре поверхности твердых тел, со способами
управления свойствами поверхности, а также обозначить направления современных
исследований в указанной области.
Содержание курса базируется на знаниях, полученных студентами при изучении
общих курсов «Неорганическая химия», «Химия твердого тела», «Физические методы
исследования в химии», и связано с содержанием курсов «Избранные главы
нанохимии», «Химия тонких пленок». Вопросы, изученные ранее в рамках других
дисциплин, либо подлежащие самостоятельному изучению с использованием
монографической литературы, обзорных и оригинальных статей, в программе
отмечены *. Предусматривается рассмотрение этих вопросов на семинарских
занятиях, наряду с вопросами, связанными с приложением полученных знаний к
решению конкретных задач, возникающих у студентов в процессе выполнения
учебно-исследовательских и научно-исследовательских работ.
Технические средства обучения представлены в виде рисунков, схем и таблиц,
которые будут демонстрироваться с помощью учебного телевидения.
Содержание курса
1. Введение. Роль поверхности в химии твердого тела. Поверхности идеальные и
неидеальные. Понятие об атомарно-чистой гладкой поверхности. Методы
получения чистых поверхностей*: раскол в вакууме, прогрев в вакууме, ионная
бомбардировка, холодная эмиссия, эпитаксиальное наращивание и др. [2, 3].
Слоистые кристаллы.
2. Характер химической связи у поверхности. Движение поверхностных атомов:
релаксация, реконструкция, перемещение [1, 2, 8, 16, 18].
3. Описание поверхности твердых тел. Статистическая (химическая) и зонная
модели [1]. Двойной слой на поверхности твердых тел [1, 7]. Поверхностные
центры. Центры, связанные с геометрическими факторами. Центры кислотного и
основного типов (по Льюису и по Бренстеду). Кислотно-основное равновесие на
поверхности оксидов [1, 7, 9, 10]. Поверхностные состояния. Понятие о загибе зон,
уровне Ферми. Энергетические уровни поверхностных состояний. Состояние
Тамма и Шокли. Примесные поверхностные состояния. Образование зон
поверхностных состояний. Сопоставление химического и электронного подхода к
описанию поверхности [1, 17, 18]. Геометрические поверхности. Фракталы [10,15].
4. Адсорбция на поверхности твердых тел. Адсорбция физическая и химическая.
Адсорбция Лэнгмюра. Уравнение БЭТ. Применение метода БЭТ для определения
удельной поверхности твердых тел. Природа сорбционных соединений.
Хемосорбция на металлах и полупроводниках [1, 2, 4, 8 – 10,17].
5. Химическое модифицирование поверхности твердых тел. Основные типы
модификаторов. Способы закрепления реагентов на поверхности твердых тел.
Матричный синтез (Мэррифилда). Метод молекулярного наслаивания. Пленки
Лэнгмюра-Блоджетт. Химические сенсоры. Биодатчики.
Молекулярные
логические устройства [4, 9, 10, 14, 19 - 22].
6. Заключение. Роль химии поверхности в становлении и развитии современных
технологий.
Темы семинарских занятий:
1. Химическая связь на поверхности твердых тел.
2. Химическое модифицирование и методы исследования поверхности твердых тел.
3. Роль химии поверхности в становлении и развитии современных технологий (на
основе результатов, полученных студентами при выполнении УИРС на кафедре
неорганической химии).
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Воробьева Т.Н., Василевская Е.И. Химия поверхности и тонких пленок. – Минск:
БГУ, 2009.
2. Алексовский В.Б. Химия надмолекулярных соединений. С.-Пб.: Изд-во С.Петербургского ун-та, 1996.
3. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. М.: Мир, 1980.
4. Зенгуил Э. Физика поверхности. М.: Мир, 1990.
5. Бехштедт Ф., Эндерлайн Р. Поверхности и границы раздела полупроводников. М.:
Мир, 1990.
Для углубленного изучения отдельных разделов
6. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. М.: Мир,
1989.
7. Адамсон А.А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979.
8. Хофман Р. Строение твердых тел и поверхностей. (Взгляд химика -теоретика). М.:
Мир, 1990.
9. Волькенштейн Ф.Ф. Электронные процессы на поверхности полупроводников при
хемосорбции. М.: Наука, 1987.
10. Модифицированные кремнеземы в сорбции, катализе и хроматографии / Под ред.
Г.В. Лисичкина. М.: Химия, 1986.
11. Химия привитых поверхностных соединений / Под ред. Г.В. Лисичкина. М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2003.
12. Фельдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и твердых пленок. М.: Мир,
1989.
13. Давыдов А.А. ИК-спектроскопия в химии поверхности оксидов. Новосибирск:
Наука, 1984.
14. Вольф Е.Л Принципы электронной туннельной спектроскопии. Киев: Наукова
думка, 1990.
15. Вечер А.А., Жук П.П. Химические сенсоры. Минск: Университетское, 1990.
16. Федер Е. Фракталы. М.: Мир, 1991.
17. Литовченко В.Г. Основы физики полупроводниковых слоистых структур. Киев:
Наукова думка, 1980.
18. Дункен Х., Лыгин В.И. Квантовая химия адсорбции на поверхности твердых тел.
М.: Мир, 1980.
19. Алешин В.Г., Смехнов А.А., Богатырева Г.П., Крук В.Б. Химия поверхности
алмаза. Киев: Навукова думка, 1990.
20. Тертых В.А., Белякова Л.А. Химические реакции с участием поверхности
кремнезема. Киев: Навукова думка, 1991.
21. Зайцев В.Н. Комплексообразующие кремнеземы: синтез, строение привитого слоя
и химия поверхности. Харьков: Фолио, 1997.
22. Помогайло А.Д. Катализ иммобилизированными комплексами. М.: Наука, 1991.
23. Эггинс Б. Химические и биологические сенсоры. М.: Техносфера, 2005.
24. Ельцов К.Н. Применение поверхностных химических реакций в нанотехнологии //
Вестник РАН. -1997. Т. 67. № 11. С. 985 – 994.