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Desorption

Desorption (aus dem lat. de-sorbere; sorbere: (auf-)saugen) bezeichnet den Vorgang, bei dem Atome oder Moleküle die Oberfläche eines Festkörpers verlassen. Die Desorption stellt damit den Umkehrvorgang der Adsorption dar.

Die desorbierenden Teilchen besitzen genügend Energie, um die Bindungsenergie zu überwinden.

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Inhaltsverzeichnis

1 Einteilung
2 Desorptionsrate
- 2.1 Thermische Desorptionsrate
- 2.2 Ionenstimulierte Desorptionsrate
3 Anwendung

Einteilung

Je nach dem Mechanismus, wie die Teilchen diese Energie bekommen, unterscheidet man zwischen

thermischer Desorption (Temperaturwechseldesorption; temperature swing)
optischer Desorption (durch Absorption von Photonen)
akustischer Desorption durch Ultraschall
elektrischer Desorption
ionenstimulierter Desorption (durch Beschuss mit schnellen Ionen)
drucktechnischer Desorption (Druckwechseldesorption; pressure swing)
technischer Desorption (unterschiedliche Desorptionsanlagen zum Beispiel Festbett, Wanderbett, Wirbelschicht)
Verdrängungsdesorption (Einsatz eines leichter adsorbierbaren Stoffes; technisch meist Wasserdampf)

Desorptionsrate

Thermische Desorptionsrate

Die Desorptionsrate der Teilchen von der Oberfläche hängt zunächst ab von der Anzahl n der adsorbierten oder absorbierten Teilchen/Moleküle, der Temperatur T und der Desorptionsenergie $E D$ (auch Bindungsenergie):

$R_D = n^m k^0_D \exp \left( \frac{-E_D}{k_B T} \right)$

wobei $k_D^0$ eine Oszillationsfrequenz, $k B$ Boltzmann-Konstante und m die Desorptionsordnung ist.

Die Desorptionsordnung hängt vom konkreten Mechanismus des Desorbierens ab:

m=0: Desorption von einer Multilage
m=1: Desorption von Atomen
m=2: Desorption von zwei-atomigen Molekülen
etc.

Ionenstimulierte Desorptionsrate

Beobachtete Desorptionsraten der ionenstimulierten Desorption liegen im Bereich von 1 (senkrechter Einfall, niedrige Energien der einfallenden Ionen) bis ca. 25.000 (streifender Einfall, Energien im Bereich einiger MeV/u der einfallenden Ionen). Im allgemeinen ist die ionenstimulierte Desorptionsrate eine Funktion von:

$R_D = f \left ( \frac{\Delta E}{\Delta x}\right)^2 max\left(\frac{d}{\cos(\theta)},\lambda\right)$ ,

wobei $λ$ die Eindringtiefe der Ionen in das Material, $Δ E / Δ x$ der elektronische Energieverlust pro Eindringtiefe, $θ$ der Einfallswinkel und $d$ eine zunächst empirisch bestimmte Konstante ist. Die Geschwindigkeit der Desorption und die dafür notwendige Energie ist ein entscheidender Faktor, ob die Kombination aus Adsorption und Desorption als technischer Prozess in Frage kommt.

Anwendung

In der Epitaxie wird Desorption verwendet, um in der Gasphase eine bestimmte Konzentration aufrecht zu erhalten.

In der Forschung wird die ionenstimulierte Desorption verwendet, um Oberflächen von Adsorbaten zu reinigen, die mittels thermischer Desorption nicht zu reinigen wären.

Siehe auch: Sorption

Kategorie: Oberflächenphysik

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