Adsorption physique de molécules simples sur une surface homogène de symétrie carrée. I. Préparation et caractérisation du substrat d'oxyde de magnésium

Magnesium oxide (MgO) powders prepared by buming Mg ribbons in a gas mixture of 80 % Ar-20 % O2, free of water vapour, show after heat treatment in vacuum a highly homogeneous surface for physical adsorption. Specific surface area and homogeneity depend strongly on three parameters : the O2 concentration of the burning atmosphere, the exposure time to water vapour, and the thermal treatment temperature. On the best MgO samples we have observed two successive two-dimensional phase transitions within the first monolayer of Kr adsorbed at 77.3 K.L'oxyde de magnésium (MgO) préparé par combustion d'un ruban de magnésium dans un mélange d'argon 80 % et d'oxygène 20 % exempt de vapeur d'eau, présente une surface d'une exceptionnelle homogénéité. Cela nous a permis d'observer deux changements de phases bidimensionnels successifs lors de l'adsorption d'une monocouche de krypton à T = 77,3 K sur ce support de symétrie cubique. Trois facteurs ont une grande influence sur l'étendue et l'homogénéité de la surface du MgO : la concentration en oxygène de l'atmosphère de combustion, le temps d'exposition à la vapeur d'eau et la température du traitement thermique

Diffusive motions in 2D phases of ethane adsorbed on graphite

The diffusive rotational and translational mobility of a simple rod-like molecule, i.e. ethane (C2H6) adsorbed on graphite (0001), has been studied by quasi-elastic neutron scattering, between 5 and 122 K. The motion of the molecules packed in two typical two-dimensional (2D) solids has been investigated One solid (S1) has a herring-bone structure with molecules lying down on the graphite substrate. The second solid (S 3) of higher density is made of molecules standing up on the adsorbing surface. With increasing temperature, a rotational transition is observed, between the rotationally ordered solids and 2D crystals where the C2 H6 molecules exhibit uniaxial rotations about the C-C axis. The characteristic times for these rotations have been measured. At higher temperatures, the S1 and S3 solids melt The molecules in the higher density phase keep their uniaxial rotational motion and in addition exhibit a Brownian diffusion with diffusion coefficient ranging from 2 to 14 x 10-6 cm2. s-1 at 87 and 122 K respectively. For the S1 melted solid, the rotational motion becomes isotropic and the diffusion coefficient ranges from 0.4 x 10-6 Cm2.s-1 at 71.4 K to 50 x 10-6 cm2 . s-1 at 122 K. The activation energy of translational diffusion is about 1.4 kcal. mole-1. These results are compared with the mobility of C2H6 in its bulk phases.On étudie ici, par diffusion quasi-élastique de neutrons, entre 5 et 122 K, la mobilité diffusive rotationnelle et translationnelle d'une molécule simple allongée, l'éthane adsorbé sur les faces (0001) du graphite. Le mouvement des molécules arrangées dans deux réseaux typiques bidimensionnels (2D) a été analysé. L'un des solides, S 1' présente une structure en chevrons avec ses molécules couchées sur la surface du graphite. L'autre, S3, est plus dense et est constitué de molécules debout sur la surface adsorbante. Quand on augmente la température, on observe une transition rotationnelle au cours de laquelle les molécules des deux solides subissent un mouvement de rotation uniaxial autour de leur axe carbone-carbone. Les temps caractéristiques de ces rotations ont été mesurés. A plus haute température, les solides S1 et S3 fondent. Les molécules de S3 conservent leur mouvement de rotation uniaxial auquel se superpose une diffusion brownienne dont le coefficient de diffusion varie de 2 à 14 x 10-6 cm2. s-1 entre 87 et 122 K. Par contre, les molécules de S1 effectuent un mouvement de rotation isotrope auquel s'ajoute toujours une diffusion brownienne dont le coefficient de diffusion varie de 0,4 à 50 x 10-6 cm2. s-1 entre 71,4 et 122 K. L'énergie d'activation de translation correspondante est de l'ordre de 1,4 kcal. mole-1. Ces résultats sont comparés à ceux décrivant la mobilité de l'éthane dans ses diverses phases tridimensionnelles

Mobility measurements of two kinds of two-dimensional fluids. Methane adsorbed on graphite

The diffusion coefficient of a CH4 submonolayer adsorbed on (0001) graphite is measured as a function of coverage and temperature by quasi-elastic neutron scattering. The experimental data permit us to clearly distinguish two kinds of adsorbed fluids, i.e. a 2D liquid coexisting with a 2D gas and a 2D hypercritical fluid whose density varies continuously with coverage. The mobility disappears at solidification which can be obtained either by decreasing temperature at constant coverage or by increasing coverage at constant temperature. The coexistence of 2D solid and 2D liquid is also observed. Finally a phase diagram of the first layer of methane adsorbed on graphite is proposed.Le coefficient de diffusion d'une couche de CH4 adsorbée sur la face (0001) du graphite est mesuré par diffusion quasi élastique de neutrons, en fonction du degré de recouvrement et de la temperature. Les données expérimentales permettent de différencier nettement deux types de fluides adsorbés : un liquide bidimensionnel coexistant avec un gaz et un fluide hypercritique dont la densité varie continuement avec le degré de recouvrement. La mobilité disparaît à la solidification qui peut être obtenue par diminution de la température à degré de recouvrement constant ou par augmentation de la concentration à constante température. La coexistence du solide et du liquide bidimensionnels a aussi été observée. Enfin, tous ces résultats sont utilisés pour tracer un diagramme de phase de la première couche de méthane adsorbée sur le graphite