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.