Séance de cours

Énergie de surface et structures cristallines

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Dans cours

MSE-304: Surfaces and interfaces

This lecture introduces the fundamental concepts for describing, characterizing, and engineering surfaces and interfaces. Students will develop both theoretical and practical understanding of how interfacial phenomena influence surface properties and techn ...

Description

Cette séance de cours couvre divers aspects liés à l'énergie de surface et aux structures cristallines, y compris les méthodes de calcul de l'énergie de surface, la relation entre l'énergie de surface et la forme du cristal, le stress de surface, les surfaces cristallines idéales par rapport aux surfaces réalistes, et des modèles comme Terrace-Ledge-Kink. Il explore également les concepts de cristallographie, l'énergie interfaciale, le théorème de Young, la nucléation, les micelles, la longueur de Debye, les effets du pH, les isothermes de Gibbs et de Langmuir et les limites des grains. L'instructeur fournit des explications détaillées et des exemples pour aider à comprendre ces concepts fondamentaux.

Enseignant·e·s (2)

Francesco Stellacci

Francesco Stellacci graduated in Materials Engineering at the Politecnico di Milano in 1998 with a thesis on photochromic polymers with Prof. Giuseppe Zerbi and Mariacarla Gallazzi. In 1999 he moved to the Chemistry Department of the University of Arizona for as a post-doc in the group of Joe Perry in close collaboration with the group of Seth Marder. In 2002 he moved to the Department of Materials Science and Engineering at the Massachusetts Institute of Technology as an assistant professor. He was then promoted to associate without (2006) and with tenure (2009). In 2010 he moved to the Institute of Materials at EPFL as a full Professor. He holds the Alcan EP Chair. Francesco was one of the recipients of the Technology Review TR35 "35 Innovator under 35" award in 2005, and the Popular Science Magazine "Brilliant 10" award in 2007. He has been a Packard Fellow starting 2005.

Nako Nakatsuka

Mission At the Laboratory of Chemical Nanotechnology (CHEMINA), our mission is to develop translational chemical biosensing technologies that advance human health. Working at the intersection of chemistry, engineering, and neuroscience, we seek to probe the dynamic chemical landscape of biological systems across in vitro systems, in vivo models, and human clinical samples. We develop novel biorecognition elements and innovate biosensing platforms to enable monitoring of small molecules in complex biofluids,

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Concepts associés (32)

Densité surfacique d'énergie

La densité surfacique d'énergie ou énergie surfacique, voire densité énergétique (quand le contexte surfacique est clair), est la quantité d’énergie par une unité de surface. Dans le Système international elle se mesure en J/m (joules par mètre carré). Dans un contexte industriel on l'exprime souvent en kWh/m (kilowatts-heures par mètre carré). Cette grandeur physique est principalement utilisée dans l'étude physique des interfaces entre liquides non miscibles, ou entre liquide et gaz, où elle caractérise l'énergie nécessaire à former une interface d'une certaine surface.

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' 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.

Tension superficielle

vignette|et aux gerridés de se déplacer à la surface d'une mare. La tension superficielle est un phénomène physico-chimique lié aux interactions moléculaires d'un fluide. Elle résulte de l'augmentation de l'énergie à l'interface entre deux fluides. Le système tend vers un équilibre qui correspond à la configuration de plus basse énergie, il modifie donc sa géométrie pour diminuer l'aire de cette interface. La force qui maintient le système dans cette configuration est la tension superficielle.

Double couche électrique

La double couche électrique est un modèle décrivant la variation du potentiel électrique aux abords d'une surface. Elle intervient principalement lors de l'étude du comportement des colloïdes et des surfaces en contact avec des solutions. L'épaisseur de la double couche électrique est appelée longueur de Debye. Le modèle initial de la double couche électrique est attribué à Helmholtz (1879). Mathématiquement, il a simplement assimilé la double couche à un condensateur, en se basant sur un modèle physique dans lequel une couche d'ions est adsorbée à la surface.

Longueur de Debye

En physique des plasmas, la longueur de Debye, en référence au chimiste Peter Debye, est l'échelle de longueur sur laquelle les charges électriques (par exemple les électrons) écrantent le champ électrostatique dans un plasma ou un autre conducteur. Autrement dit, la longueur de Debye est la distance au-delà de laquelle une séparation significative des charges peut avoir lieu. La longueur de Debye apparait aussi dans la théorie des solutions d'électrolyte ; elle y définit la longueur sur laquelle les ions présents en solution font écran au champ électrique, généré par exemple par une paroi chargée ou un colloïde.

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Séances de cours associées (43)

Chimie interfaciale: tension de surface, adsorption, électrocinétique

Couvre la tension de surface, l'adsorption et l'électrocinétique, y compris l'interface gaz/liquide, l'isotherme de Langmuir et l'électro-osmose.

Phénomènes interfaciaux: Effets de taille et transitions de phase

Explore comment la taille des matériaux a un impact sur les transitions de phase et la croissance cristalline en science des matériaux.

Interfaces solides-solides: limites des grains et énergie de surface

Explore les limites des grains, l'énergie de surface, les paramètres géométriques et la formation de micelles.

Énergie de surface : définitions et applications

Couvre les définitions de l'énergie de surface et de l'énergie interfaciale, ainsi que le tracé de Wulff et les questions clés sur les plans cristallographiques.

Caractérisation à l'état solide

Couvre les méthodes de pointe pour la caractérisation à l'état solide et met l'accent sur le choix de la méthode appropriée pour différents matériaux.

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Longueur de Debye

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