Ytor och gränsskikt

Mål

Kursen avser att ge grundläggande kunskap om ytors uppbyggnad, struktur och fysikalisk-kemiska egenskaper, samt kunskaper om fasta ytors gränsskikt mot organiska material och vätskor. Kursen täcker ytor av hårda material (kristallina, amorfa), mjuka ytor (polymera material och molekylära filmer), fria vätskeytor och deras gränsskikt, samt kolloidala system. Kursen introducerar även analytiska metoder för studier av ytor, gränsskikt, tunna filmer och kolloider. Efter kursen skall studenten kunna:

• Förstå och beskriva egenskaper hos fria vätskeytor, såsom ytspänning, kapillaritet, vätning och spridning.
• Förstå och beskriva elektriska ytfenomen som ytladdning, ytpotential, elektriskt dubbelskikt, samt grundläggande elektrokemiska begrepp.
• Förstå och beskriva amfifila molekylers fasuppförande och aggregering i lösning och på ytor.
• Redogöra för intermolekylära krafter och ytkrafter.
• Redogöra för de vanligaste kristallstrukerna hos fasta material samt förstå uppkomsten av ytor med olika geometriska arrangemang och packningstäthet.
• Redogöra för mekanismer som styr adsorption samt bildandet av överlagerstrukturer på kristallina ytor, samt kunna klassificera sådana övelagerstrukturer.
• Redogöra för utseende och egenskaper hos vanligt förekommande adsorptionsisotermer, samt tillämpa dessa isotermer.
• Redogöra för uppbyggnad och principer hos vanliga metoder och instrument för analys av ytor och tunna filmer, samt redogöra för och tolka den information som kan erhållas med sådana instrument.
• Redogöra för olika metoder för ytmodifiering och tillverkning av tunna organiska skikt på ytor, särskilt självorganiserande monolager.
• Redogöra för grundläggande egenskaper hos kolloidala system, samt metoder för studier av dessa.

Innehåll

Ytfaser, ytenergi och ytspänning, ytöverskott. Egenskaper hos fria vätskeytor, kapillaritet, Laplace och Kelvins ekvationer. Vätning, kontaktvinklar, Youngs ekvation. Ytladdning, elektriskt dubbellager, Zeta-potential. Amfifila molekylers aggregering och fasbeteende, lipidsystem. Adsorption till vätskeytor, Gibbs isoterm. Krafter och interaktioner mellan ytor och molekylära system. Kolloider och kolloidal stabilitet. Molekylära filmers struktur och egenskaper, preparationsmetoder, termodynamiskt-kinetiskt kontrollerade processer, ytmodifiering, självorganiserande ytskikt. Hårda material och ytor, struktur hos ytor, ytkemisk bindning, fysisorption, kemisorption. Adsorption, adsorptionskinetik och isotermer, reaktioner på ytor. Metoder för analys av ytor, gränsskikt och kolloidala system.