탈착

이 문서에는 여러 가지 문제가 있습니다.개선을 돕거나 토크 페이지에서 이러한 문제에 대해 논의해 주십시오.(이러한 템플릿메시지를 삭제하는 방법과 타이밍에 대해 설명합니다) 이 글은 검증을 위해 추가 인용문이 필요합니다. 신뢰할 수 있는 출처에 인용문을 추가하여 이 기사를 개선하는 데 도움을 주십시오. 조달되지 않은 자재는 제거될 수 있습니다.출처 : '탈락'– 뉴스 · 신문 · 서적 · 학자 · JSTOR (2013년 11월) (이 템플릿 메시지 삭제 방법 및 삭제 시기 확인) 이 문서에는 일반적인 참조 목록이 포함되어 있지만 대응하는 충분한 인라인 인용이 없습니다. 좀 더 정밀한 인용문을 도입하여 이 글의 개선에 도움을 주시기 바랍니다.(2013년 11월) (이 템플릿메시지 삭제 방법 및 삭제 시기 확인) (이 템플릿메시지를 삭제하는 방법과 타이밍을 확인합니다)

탈착은 이전에 흡착된 물질이 표면에서 방출되는 물리적 과정입니다.이것은 분자가 ^[1]표면에서 그것을 유지하는 결합 에너지의 활성화 장벽을 극복하기에 충분한 에너지를 얻을 때 발생합니다.

흡착액을 기질에서 분리하는 메커니즘에 따라 다양한 유형의 탈착이 있습니다. 따라서 이 과정을 설명하는 공식은 없습니다.탈착은 흡착의 반대입니다.흡착과는 다릅니다.흡착은 물질이 표면에 달라붙는 것을 의미하기 때문에 대량으로 흡수되는 것이 아닙니다.

탈착은 촉매와 흡착된 화합물 간의 반응 후 또는 분리 과정의 일종인 스트리핑 또는 크로마토그래피 중에 발생할 수 있습니다.

탈착 메커니즘

흡착제-표면 결합의 성질에 따라 탈착 메커니즘이 다수 존재한다.흡착제의 표면 결합은 열, 화학 반응 또는 방사선을 통해 분해될 수 있으며, 이 모든 것이 종의 탈착을 초래할 수 있습니다.

열탈착

열탈착은 흡착액이 가열되는 과정으로 표면에서 원자 또는 분자의 탈착을 유도한다.열탈착은 1948년 ^[2]LeRoy Apker에 의해 처음 사용되었습니다.가장 자주 사용되는 탈착 모드 중 하나이며 흡착액의 표면 피복도를 결정하고 ^[3]탈착 활성화 에너지를 평가하는 데 사용할 수 있습니다.

열탈착은 일반적으로 Polanyi-Wigner 방정식으로 설명됩니다.

${\displaystyle r(\theta)=-{\frac {\text{d}\theta}}{{\text{d}}t}=\upsilon(\theta)\theta ^{n}\exp \left\frac {-E(\theta)}}}{\theta}}}{\frack {-E(\theta}}}}}}}}}{RT}}\right)}$

여기서 r은 탈착 속도이고$,$ $(\displaystyle$ \$theta)$는 흡착물 커버리지, t시간, n은 탈착 순서,$(\display\upsilon$$)$는 전지수, E는 활성화 에너지, R은 가스 상수, T는 절대 온도입니다.흡착제 범위는 점유된 흡착 ^[3]부위와 사용 가능한 흡착 부위 간의 비율로 정의된다.

운동 순서라고도 알려진 탈착 순서는 흡착물 커버리지와 탈착 속도 사이의 관계를 설명합니다.1차 탈착, n = 1에서 입자의 속도는 흡착제 ^[4]커버리지에 정비례한다.원자 또는 단순 분자 탈착은 1차적인 경향이 있으며, 이 경우 최대 탈착이 발생하는 온도는 초기 흡착물 커버리지와 독립적이다.반면, 2차 탈리에서는 초기 흡착물 커버리지가 증가함에 따라 탈리 최대 속도의 온도가 감소한다.이는 2차 탈착이 재결합적이고 초기 커버리지가 클수록 두 입자가 서로를 찾아 탈착 생성물로 재결합할 확률이 높기 때문입니다.2차 탈리(n = 2)의 예로는 표면에 있는 두 개의 수소 원자가 탈착되어 기체
₂ H 분자를 형성하는 것이다.또한 두꺼운 분자층에서 흔히 발생하는 0차 탈착이 있는데, 이 경우 탈착 속도는 입자 농도에 의존하지 않는다.0차수 n = 0의 경우, 탈착은 모든 분자가 ^[4]탈착된 후 갑자기 떨어질 때까지 온도에 따라 계속 증가한다.

일반적인 열탈착 실험에서는 종종 표본의 지속적인 가열이 가정되며, 따라서 온도는 시간에 따라 선형적으로 증가합니다.가열 속도는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

$(\displaystyle\displaystyle=blac {mathrm {d} T}{\mathrm {d} t})$

따라서 온도는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

$\displaystyle T(t)=\beta(t-t_{0})+T_{0}}$

${\displaystyle {여기}_{}}$서 t 0$({$은 시작 시각, ${\displaystyle {T\mathrm{}}_{}}$ 0$({$은 초기 ^[4]온도입니다."탈착 온도"에서는 분자가 표면을 빠져나갈 수 있는 충분한 열에너지가 있습니다.열탈착은 금속의 ^[4]결합 에너지를 조사하는 기술로 사용할 수 있다.

열탈리 분석을 수행하기 위한 몇 가지 다른 절차가 있습니다.예를 들어 Redhead의 피크 최대^[5] 방법은 탈착 실험에서 활성화 에너지를 결정하는 방법 중 하나이다.1차 탈리에서는 탈리율이 최대인 온도(T_p)로부터 활성화 에너지를 추정한다.탈착 속도 방정식(Polyani Winer 방정식)을 사용하면 T를 찾을_p 수 있으며, Redhead는 가열 속도에 대한 속도 상수의 비율이 10 ~ 10¹³ 범위 내에⁸ 있다는 점을 고려할 때 T와 E 사이의 관계가_p 선형으로 근사할 수 있음을 보여 줍니다.발열률을 변화시킨 후 로그${\displaystyle }$δ(${\displaystyle {\beta }_{}}$$)$ {$displaystyle \log$(\beta$)}$와 로그${\displaystyle }$δ(${\displaystyle {}_{}}$ p$)$ {$displaystyle \log(T_{p$의 ${\displaystyle \mathrm{그래프}}$를 ${\displaystyle \mathrm{작성}}$하여 다음 방정식을 사용하여 활성화 에너지를 구할 수 있습니다.

${\displaystyle {\frac {d} \log(\mathrm {d} \log(T_{p}}}}=frac {E}{RT_{p}}+2}$^[5]

이 방법은 간단하고 일상적으로 적용되며 30%의 오차 내에서 활성화 에너지 값을 제공할 수 있습니다.그러나 이 방법의 단점은 폴라니-위그너 방정식의 속도 상수와 활성화 에너지가 표면 커버리지와 ^[5]무관하다고 가정한다는 것이다.

계산 능력의 향상으로 인해 속도 상수와 ^[3]활성화 에너지로부터 독립성을 가정하지 않고 열 탈리 분석을 수행할 수 있는 몇 가지 방법이 있습니다.예를 들어, "완전 분석^[6]" 방법은 여러 다른 표면 커버에 대해 탈착 곡선군을 사용하고 온도의 함수로 커버리지를 얻기 위해 통합합니다.다음으로 각 곡선에서 특정 커버리지에 대한 탈착률을 구하고 1/T에 대한 탈착률 대수의 아레니우스 플롯을 작성한다.오른쪽 그림에서 아레니우스 그림의 예를 볼 수 있습니다.활성화 에너지는 이 아레니우스 ^[7]플롯의 구배에서 찾을 수 있다.

또 다른 분석 기법에는 열탈리 스펙트럼 시뮬레이션과 실험 데이터 비교가 포함된다.이 기술은 동적 몬테카를로 시뮬레이션에 의존하며 흡착된 원자의 격자 상호작용에 대한 이해가 필요하다.이러한 상호작용은 원자의 배열에 따라 달라지는 격자 가스 해밀턴에 의해 첫 번째 원리에서 설명된다.로듐으로부터의 산소 탈착을 조사하는 데 사용되는 이 방법의 예는 "O/Rh(111)"^[8]의 온도 프로그램 탈착에 대한 키네틱 몬테카를로 시뮬레이션에서 찾을 수 있다.

환원적 또는 산화적 탈리

경우에 따라서는 흡착된 분자가 표면/물질에 화학적으로 결합되어 강한 접착력을 제공하고 탈착을 제한한다.이 경우 탈착은 화학적 결합을 분해하는 화학반응을 필요로 한다.이를 위한 한 가지 방법은 표면에 전압을 가하여 흡착 분자의 환원 또는 산화를 일으키는 것입니다(편향 및 흡착 분자에 따라 다름).

환원탈착의 전형적인 예에서는 표면에 음의 바이어스를 가함으로써 유황 헤드군을 환원시킴으로써 금 표면상의 알킬티올의 자기집합 단분자를 제거할 수 있다.이 과정에서 발생하는 화학 반응은 다음과 같습니다.

${\displaystyle R-S-Au+e^{-}\오른쪽 화살표 R-S^{-}+Au}$

여기서 R은 알킬 사슬(예를 들어₃ CH), S는 티올기의 황 원자, Au는 금 표면 원자, e는⁻ 외부 전압원에 ^[9]의해 공급되는 전자이다.

환원/산소 탈착의 또 다른 적용은 전기화학적 재생을 통해 활성탄 물질을 세척하는 것입니다.

전자 자극 탈리

전자자극탈착은 입자물리학과 주사전자현미경(SEM)과 같은 산업공정에서 흔히 볼 수 있듯이 진공상태의 표면에 입사한 전자빔의 결과로 발생합니다.대기압에서 분자는 흡착이라고 알려진 표면에 약하게 결합할 수 있다.이들 분자는 매끄러운 표면을 ^[10]위해 10원자/cm의² 밀도로¹⁵ 단분자를 형성할 수 있다.분자의 결합 능력에 따라 1개 또는 여러 개의 단분자가 형성될 수 있습니다.전자빔이 표면에 입사하면 흡착된 단분자층 내의 분자와 표면의 결합을 끊기 위해 에너지를 공급하여 시스템의 압력을 증가시킵니다.분자가 진공 체적에 탈착되면 진공 펌핑 메커니즘을 통해 제거됩니다(재흡착은 무시할 수 있음).따라서 탈착에 사용할 수 있는 분자가 적고 탈착을 일정하게 유지하기 위해 필요한 전자의 수가 증가한다.

전자 자극 탈리에 대한 주요 모델 중 하나는 피터 안토니에비츠에^[11] 의해 기술되었다. 간단히 말해서, 그의 이론은 흡착액이 입사 전자에 의해 이온화되고 이온이 표면으로 끌어당기는 상전위를 경험하는 것이다.이온이 표면 가까이로 이동함에 따라 기판으로부터의 전자 터널링 가능성이 증가하며, 이 과정을 통해 이온 중화 현상이 발생할 수 있다.중화 이온은 여전히 이전의 운동 에너지를 가지고 있으며, 이 에너지와 얻은 위치 에너지가 결합 에너지보다 크면 이온이 표면에서 탈착될 수 있습니다.이 과정에 이온화가 필요하기 때문에 이는 원자가 낮은 들뜸 에너지에서 탈착할 수 없음을 시사하며, 이는 전자 시뮬레이션 ^[11]탈착에 대한 실험 데이터와 일치한다.전자 자극 탈착을 이해하는 것은 표면이 강력한 전자 충격을 받는 대형 강입자 가속기와 같은 가속기에 매우 중요합니다.특히 빔 진공 시스템에서는 표면의 ^[12]2차 전자 수율을 변경함으로써 기체의 탈착이 가속기 성능에 강하게 영향을 미칠 수 있습니다.

적외선 광흡수

적외선 광흡착은 적외선이 표면에 닿아 이전에 흡수된 분자의 내부 진동모드를 들뜨게 한 후 종의 기체상 ^[1]탈착을 수반하는 과정을 활성화하는 탈착의 일종이다.흡착액 또는 흡착액-기질 결합계의 전자 또는 진동을 선택적으로 자극할 수 있다.이러한 결합의 이완과 입사광에서 시스템으로의 충분한 에너지 교환은 결국 ^[13]탈착으로 이어집니다.

일반적으로 이 현상은 화학흡착종에 비해 흡착전위 깊이가 작은 약결합 물리흡착종에 더 효과적이다.실제로 측정된 탈착 시간은 일반적으로 문제의 ^[13]다른 완화 속도보다 길기 때문에 얕은 전위는 분자를 표면에서 자유롭게 하고 IR-광자 흡수 실험을 실현하기 위해 더 낮은 레이저 강도를 필요로 한다.

포논 활성 탈착

2005년 John Weaver 등에 의해 열 및 전자 자극 탈리 요소를 모두 가진 탈리 모드가 발견되었다.이 모드는 외부 ^[14]자극이 없는 폐쇄 시스템에서 탈착이 발생할 수 있기 때문에 특히 중요합니다.이 모드는 스캔 터널링 현미경을 사용하여 실리콘에 흡수된 브롬을 조사하는 동안 발견되었습니다.실험에서 Si-Br 웨이퍼는 620~775K의 ^[15]온도로 가열되었습니다.그러나 아레니우스 플롯에서 계산된 활성화 에너지가 Si-Br 결합 강도보다 낮은 것으로 확인됨에 따라 관측된 것은 단순한 열탈착 결합 파괴가 아니었다.대신, 실리콘의 광학 포논은 진동을 통해 표면 결합을 약화시키고 또한 전자가 반결합 상태로 흥분할 수 있는 에너지를 제공합니다.

어플

탈착은 여러 응용 프로그램에 매우 유용한 물리적 프로세스입니다.이 절에서는 열탈착의 두 가지 용도에 대해 설명합니다.그 중 하나는 실제로 열탈착 기술, 즉 온도 프로그램 탈착 기술입니다. 응용 프로그램 자체가 아니라, 매우 중요한 응용 프로그램이 많이 있습니다.다른 하나는 오염을 줄이기 위한 열탈착 응용입니다.

온도 프로그램 탈착(TPD)

온도 프로그램 탈착(TPD)은 재료 연구 과학에서 가장 널리 사용되는 표면 분석 기법 중 하나입니다.화합물 및 원소의 탈착 속도 및 결합 에너지 파악, 촉매 표면의 활성 부위 평가 및 흡착, 표면 반응 및 탈착을 포함한 촉매 반응 메커니즘 이해, 재료 구성 분석, 표면 상호 작용 및 서러얼굴 오염물따라서 TPD는 폴리머, 제약, 점토 및 광물, 식품 포장, 금속 및 ^[16]합금 등의 제품에 대한 품질 관리 및 산업 연구를 포함한 많은 산업에서 점점 더 중요해지고 있습니다.

TPD는 이전에 표면에 흡착된 제품의 탈착률을 알 수 있는 목적으로 사용할 경우 기체 또는 기체 혼합물을 흡착한 차가운 결정 표면을 제어된 속도로 가열하는 방식으로 구성됩니다.그런 다음, 흡착액은 가열될 때 반응하여 ^[17]표면에서 탈착됩니다.TPD를 적용한 결과는 표면 온도의 함수로 탈착된 각 제품종의 탈착 속도이며, 이를 제품의 TPD 스펙트럼이라고 한다.또한 각 표면화합물이 탈착된 온도를 알 수 있으므로 탈착화합물을 표면에 경계시킨 에너지인 활성화 에너지를 계산할 수 있다.

오염 제거를 위한 열탈착

탈착, 특히 열탈착은 환경 복구 기술로 적용할 수 있습니다.이 물리적 프로세스는 90 ~ 560 °C 범위의 비교적 낮은 온도에서 고체 매트릭스에서 오염 물질을 제거하기 위해 설계되었습니다.오염된 매체를 가열하여 물과 유기 오염 물질을 휘발시킨 후 가스 처리 시스템에서 처리하여 제거 후 오염 물질을 수집하거나 열적으로 파괴합니다.이들은 캐리어 가스 또는 진공청소기를 사용하여 증기 처리 시스템으로 운반되어 독성이 적은 화합물로 ^[18]제거/변환됩니다.

열탈착 시스템은 유기 오염 물질의 적절한 휘발성을 달성할 수 있을 만큼 충분히 높은 낮은 설계 온도에서 작동합니다.온도와 체류 시간은 선택된 오염물질을 휘발시키도록 설계되어 있지만 일반적으로 산화되지는 않습니다.직접 폐기물 매몰이 높은 현장에 적용 가능하며,^[18] 현장의 지속적인 사용 또는 재개발을 위해 짧은 시간이 필요하다.

「 」를 참조해 주세요.

• 흡착
• 탈착 능력
• 흡착 등온선
• 화학 흡착
• 깁스 등온선
• 수분 흡착 등온선
• 랭뮤어 방정식

레퍼런스