ಸದಸ್ಯ:Shalini srinivasan bcz/WEP 2019-20 sem2

ಪಾಲ್ ಸಬಟಿಯರ್ (೧೮೫೪- ೧೯೪೧)

                        ಮೇಲ್ಮೈ ವಿಜ್ಞಾನ 

ಮೇಲ್ಮೈ ವಿಜ್ಞಾನವು ಎರಡು ಹಂತಗಳ ಅಂತರಸಂಪರ್ಕದಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಭೌತಿಕ ಮತ್ತು ರಾಸಾಯನಿಕ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳ ಅಧ್ಯಯನವಾಗಿದೆ. ಇದು ಘನ-ದ್ರವ ಸಂಪರ್ಕಸಾಧನಗಳು, ಘನ-ಅನಿಲ ಸಂಪರ್ಕಸಾಧನಗಳು, ಘನ-ನಿರ್ವಾತ ಸಂಪರ್ಕಸಾಧನಗಳು ಮತ್ತು ದ್ರವ-ಅನಿಲ ಸಂಪರ್ಕಸಾಧನಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ. ಮೇಲ್ಮೈ ವಿಜ್ಞಾನವು ಅಂತರಸಂಪರ್ಕ ಮತ್ತು ಕೊಲಾಯ್ಡ್ ವಿಜ್ಞಾನಕ್ಕೆ ನಿಕಟ ಸಂಬಂಧ ಹೊಂದಿದೆ. ಮೇಲ್ಮೈಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಮೂಲ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳ ಉತ್ತಮ ತಿಳುವಳಿಕೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುವ ವಿಷಯಗಳನ್ನು ಇದು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ. ಕೆಲವು ಸಂಬಂಧಿತ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳನ್ನು ಮೇಲ್ಮೈ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಎಂದು ವರ್ಗೀಕರಿಸಲಾಗಿದೆ.

ಇತಿಹಾಸ

ಪಾಲ್ ಸಬಟಿಯರ್ ಮತ್ತು ಫ್ರಿಟ್ಜ್ ಹೇಬರ್ ಅವರು ಹೈಡ್ರೋಜನೀಕರಣ ಮತ್ತು ಹೇಬರ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಕೆಲಸ ಮಾಡುವಾಗ ಮೇಲ್ಮೈ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಸ್ಥಾಪಿಸಿದರು. ಈ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಂಸ್ಥಾಪಕರಲ್ಲಿ ಇರ್ವಿಂಗ್ ಲಾಂಗ್‌ಮುಯಿರ್ ಕೂಡ ಒಬ್ಬರು. ಮೇಲ್ಮೈ ವಿಜ್ಞಾನದ ವೈಜ್ಞಾನಿಕ ಜರ್ನಲ್ ಲ್ಯಾಂಗ್‌ಮುಯಿರ್ ಅವರ ಹೆಸರನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಮೊನೊಲೇಯರ್ ಹೊರಹೀರುವಿಕೆಯನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಲ್ಯಾಂಗ್‌ಮುಯಿರ್ ಹೊರಹೀರುವಿಕೆಯ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಇಲ್ಲಿ ಎಲ್ಲಾ ಮೇಲ್ಮೈ ಹೊರಹೀರುವಿಕೆ ತಾಣಗಳು ಹೊರಹೀರುವ ಪ್ರಭೇದಗಳಿಗೆ ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ ಮತ್ತು ಪರಸ್ಪರ ಸಂವಹನ ಮಾಡುವುದಿಲ್ಲ. ೧೯೭೪ ರಲ್ಲಿ ಗೆರ್ಹಾರ್ಡ್ ಎರ್ಟ್ಲ್ ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ ಲೀಡ್ ಎಂಬ ತಂತ್ರವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಪಲ್ಲಾಡಿಯಮ್ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಹೊರಹೀರುವಿಕೆಯನ್ನು ವಿವರಿಸಿದರು. ಪ್ಲಾಟಿನಂ, ನಿಕ್ಕಲ್ ಮತ್ತು ಕಬ್ಬಿಣದೊಂದಿಗೆ ಇದೇ ರೀತಿಯ ಅಧ್ಯಯನಗಳು ನಡೆದಿವೆ. ಮೇಲ್ಮೈ ವಿಜ್ಞಾನವು ಅದರ ಅನ್ವಯಗಳನ್ನು ಅನೇಕ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಗುರುತಿಸಿದೆ:

ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ

ಮೇಲ್ಮೈ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು ಸ್ಥೂಲವಾಗಿ ಅಂತರಸಂಪರ್ಕಗಳಲ್ಲಿನ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳ ಅಧ್ಯಯನ ಎಂದು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಬಹುದು. ಮೇಲ್ಮೈ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರವು ಮೇಲ್ಮೈ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್‌ಗೆ ನಿಕಟ ಸಂಬಂಧ ಹೊಂದಿದೆ, ಇದು ಆಯ್ದ ಅಂಶಗಳು ಅಥವಾ ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ಗುಂಪುಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ ಮೇಲ್ಮೈಯ ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಂಯೋಜನೆಯನ್ನು ಮಾರ್ಪಡಿಸುವ ಗುರಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಇವು ಮೇಲ್ಮೈ ಅಥವಾ ಅಂತರಸಂಪರ್ಕದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಲ್ಲಿ ವಿವಿಧ ಅಪೇಕ್ಷಿತ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಅಥವಾ ಸುಧಾರಣೆಗಳನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತವೆ. ಮೇಲ್ಮೈ ವಿಜ್ಞಾನವು ವೈವಿಧ್ಯಮಯ ವೇಗವರ್ಧನೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಸ್ಟ್ರಿ ಮತ್ತು ಭೂ-ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಿಗೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪ್ರಾಮುಖ್ಯತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ.

ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಸ್ಟ್ರಿ

ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಸ್ಟ್ರಿ ಎನ್ನುವುದು ಘನ-ದ್ರವ ಅಥವಾ ದ್ರವ-ದ್ರವ ಸಂಪರ್ಕಸಾಧನದಲ್ಲಿ ಅನ್ವಯಿಕ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರ ಸಂಭಾವ್ಯ ಮೂಲಕ ನಡೆಸಲ್ಪಡುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳ ಅಧ್ಯಯನವಾಗಿದೆ. ವಿದ್ಯುದ್ವಾರ - ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯ ಅಂತರಸಂಪರ್ಕದ ವರ್ತನೆಯು ಅಯಾನುಗಳ ವಿತರಣೆಯಿಂದ ಪ್ರಭಾವಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಹೊರಹೀರುವಿಕೆ ಮತ್ತು ನಿರ್ಜಲೀಕರಣ ಘಟನೆಗಳನ್ನು ಪರಮಾಣು ಸಮತಟ್ಟಾದ ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ಮೇಲ್ಮೈಗಳಲ್ಲಿ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಬಹುದು. ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ, ಸ್ಕ್ಯಾನಿಂಗ್ ಪ್ರೋಬ್ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ ಮತ್ತು ಮೇಲ್ಮೈ ಎಕ್ಸರೆ ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್ ಮುಂತಾದ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಭೂ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ

ಕಬ್ಬಿಣದ ಸೈಕ್ಲಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಮಣ್ಣಿನ ಮಾಲಿನ್ಯದಂತಹ ಭೌಗೋಳಿಕ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳನ್ನು ಖನಿಜಗಳು ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ಪರಿಸರದ ನಡುವಿನ ಸಂಪರ್ಕಸಾಧನಗಳಿಂದ ನಿಯಂತ್ರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಖನಿಜ-ದ್ರಾವಣ ಅಂತರಸಂಪರ್ಕಗಳ ಪರಮಾಣು-ಪ್ರಮಾಣದ ರಚನೆ ಮತ್ತು ರಾಸಾಯನಿಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಎಕ್ಸರೆ ತಂತ್ರಗಳಾದ ಎಕ್ಸರೆ ರಿಫ್ಲೆಕ್ಟಿವಿಟಿ, ಎಕ್ಸರೆ ಸ್ಟ್ಯಾಂಡಿಂಗ್ ತರಂಗಗಳು, ಮತ್ತು ಎಕ್ಸರೆ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ ಮತ್ತು ಸ್ಕ್ಯಾನಿಂಗ್ ಪ್ರೋಬ್ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯನ್ನು ಅಧ್ಯಯನಕ್ಕೆ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಖನಿಜ ಮೇಲ್ಮೈಗಳ ಮೇಲೆ ಹೆವಿ ಮೆಟಲ್ ಅಥವಾ ಆಕ್ಟಿನೈಡ್ ಹೊರಹೀರುವಿಕೆಯ ಅಧ್ಯಯನಗಳು ಹೊರಹೀರುವಿಕೆಯ ಆಣ್ವಿಕ-ಪ್ರಮಾಣದ ವಿವರಗಳನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸುತ್ತವೆ. ಈ ಮಾಲಿನ್ಯಕಾರಕಗಳು ಮಣ್ಣಿನ ಮೂಲಕ ಹೇಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ ಅಥವಾ ನೈಸರ್ಗಿಕ ವಿಸರ್ಜನೆ-ಮಳೆ ಚಕ್ರಗಳನ್ನು ಹೇಗೆ ಅಡ್ಡಿಪಡಿಸುತ್ತವೆ ಎಂಬುದರ ಕುರಿತು ಹೆಚ್ಚು ನಿಖರವಾದ ಮುನ್ಸೂಚನೆಗಳನ್ನು ಇದು ತಿಳಿಸಿಕೊಡುತ್ತದೆ.

ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ

ಮೇಲ್ಮೈ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು ಸ್ಥೂಲವಾಗಿ ಅಂತರಸಂಪರ್ಕಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಭೌತಿಕ ಸಂವಹನಗಳ ಅಧ್ಯಯನ ಎಂದು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಬಹುದು. ಇದು ಮೇಲ್ಮೈ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದೊಂದಿಗೆ ಅತಿಕ್ರಮಿಸುತ್ತದೆ. ಮೇಲ್ಮೈ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ ತನಿಖೆ ಮಾಡಲಾದ ಕೆಲವು ವಿಷಯಗಳು ಘರ್ಷಣೆ, ಮೇಲ್ಮೈ ಸ್ಥಿತಿಗಳು, ಮೇಲ್ಮೈ ಪ್ರಸರಣ, ಮೇಲ್ಮೈ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣ, ಮೇಲ್ಮೈ ಫೋನಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ಲಾಸ್ಮಾನ್‌ಗಳು. ಇದು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆ ಮತ್ತು ಸುರಂಗ ಮಾರ್ಗ, ಸ್ಪಿಂಟ್ರೋನಿಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ಮೇಲ್ಮೈಗಳಲ್ಲಿನ ನ್ಯಾನೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್‌ಗಳ ಸ್ವಯಂ ಜೋಡಣೆಯನ್ನು ಸಹ ಒಳಗೊಂಡಿದೆ. ಮೇಲ್ಮೈಗಳಲ್ಲಿನ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ತನಿಖೆ ಮಾಡುವ ತಂತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಸರ್ಫೇಸ್ ಎಕ್ಸ್-ರೇ ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್, ಸ್ಕ್ಯಾನಿಂಗ್ ಪ್ರೋಬ್ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ, ಮೇಲ್ಮೈ ವರ್ಧಿತ ರಾಮನ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ ಮತ್ತು ಎಕ್ಸರೆ ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ (ಎಕ್ಸ್‌ಪಿಎಸ್) ಸೇರಿವೆ.

ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ ತಂತ್ರಗಳು

ಮೇಲ್ಮೈಗಳ ಅಧ್ಯಯನ ಮತ್ತು ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯು ಭೌತಿಕ ಮತ್ತು ರಾಸಾಯನಿಕ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ವೈವಿಧ್ಯಮಯ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಅಂತರಸಂಪರ್ಕಗಳನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸಬಹುದು. ಘನ-ನಿರ್ವಾತ ಮತ್ತು ಘನ-ಅನಿಲ, ಘನ-ದ್ರವ ಮತ್ತು ದ್ರವ-ಅನಿಲ ಮೇಲ್ಮೈಗಳನ್ನು ತನಿಖೆ ಮಾಡಲು ಪ್ರತಿಫಲನ-ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಅತಿಗೆಂಪು, ಉಭಯ ಧ್ರುವೀಕರಣ ಇಂಟರ್ಫೆರೋಮೆಟ್ರಿಯನ್ನು ಬಳಸಬಹುದು. ಮಲ್ಟಿ-ಪ್ಯಾರಮೆಟ್ರಿಕ್ ಮೇಲ್ಮೈ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾನ್ ಅನುರಣನವು ಘನ-ಅನಿಲ, ಘನ-ದ್ರವ, ದ್ರವ-ಅನಿಲ ಮೇಲ್ಮೈಗಳಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಉಪ-ನ್ಯಾನೊಮೀಟರ್ ಪದರಗಳನ್ನು ಸಹ ಪತ್ತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಇದು ಪರಸ್ಪರ ಚಲನಶಾಸ್ತ್ರ ಮತ್ತು ಲಿಪೊಸೋಮ್ ಕುಸಿತದಂತಹ ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ರಚನಾತ್ಮಕ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಡ್ಯುಯಲ್ ಪೋಲರೈಸೇಶನ್ ಇಂಟರ್ಫೆರೋಮೆಟ್ರಿಯನ್ನು ಲಿಪಿಡ್ ಬಯಲೇಯರ್‌ಗಳ ರಚನೆ ಮತ್ತು ಮೆಂಬರೇನ್ ಪ್ರೋಟೀನ್‌ಗಳೊಂದಿಗಿನ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಮೇಲ್ಮೈ ಮತ್ತು ಇಂಟರ್ಫೇಸ್‌ಗಳನ್ನು ನಿರೂಪಿಸಲು ಎಕ್ಸರೆ ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಸಹ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಎಕ್ಸರೆ ಮಾಪನಗಳು ರಾಸಾಯನಿಕ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸುತ್ತವೆ.

ಮೇಲ್ಮೈ ವಿಜ್ಞಾನ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಅನೇಕ ಬೆಳವಣಿಗೆಗಳು ಸಂಭವಿಸುತ್ತವೆ. ಗೆರ್ಹಾರ್ಡ್ ಎರ್ಟ್ಲ್ ರವರು ಇಂಗಾಲದ ಮಾನಾಕ್ಸೈಡ್ ಅಣುಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ಲಾಟಿನಂ ಮೇಲ್ಮೈಗಳ ನಡುವಿನ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ತನಿಖೆ ಮಾಡಿದರು. ಮೇಲ್ಮೈ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದ ಪ್ರಗತಿಗಾಗಿ ಗೆರ್ಹಾರ್ಡ್ ಎರ್ಟ್ಲ್ ಅವರು ಗೆದ್ದ ೨೦೦೭ರ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದ ನೊಬೆಲ್ ಪ್ರಶಸ್ತಿ ಇತ್ತೀಚಿನ ಬೆಳವಣಿಗೆಗಳಲ್ಲಿ ಸೇರಿದೆ.