NEUTRON SCATTERING AND PHYSISORPTION

Résumé
On décrit des expériences de diffraction de neutrons par du méthane ou de l'ammoniac adsorbés sur un noir de carbone graphitisé (Graphon). La diffraction par le méthane deutéré adsorbé montre que, pour un recouvrement de 0,7, il forme une couche épitaxique de structure √3 x √3. Entre 50 et 60 K il subit un changement de phase de l'état solide bidimensionnel à l'état liquide (point de fusion du méthane = 89,7 K). Des résultats semblables sont obtenus avec le méthane deutéré fixé sur un échantillon de graphon contenant du potassium intercalé. L'effet de l'adsorption de méthane sur les intensités des raies 001 des deux substrats permet d'estimer que le méthane est à une distance de 3,3 ± 0,2 Å de la surface. L'ammoniac-d₃ sur graphon a un comportement très différent. L'isotherme est de type III et, à basses températures, il se forme par désorption de l'ammoniac solide tridimensionnel. Celui-ci possède des propriétés de fusion anormales dont on montre qu'elles sont en rapport avec les isobares d'adsorption du système. L'interprétation détaillée des résultats met en évidence le lien étroit qui existe entre adsorption et nucléation hétérogène. Les expériences de diffusion quasi élastique sur le système ammoniac-graphon montrent que l'ammoniac adsorbé présente une diffusion translationnelle beaucoup plus rapide à la surface que dans la masse. Ceci est attribué à la rupture du réseau de liaisons hydrogènes normalement présent dans le liquide.

Abstract
Neutron scattering experiments on methane and ammonia adsorbed on a graphitized carbon black are described. Diffraction from adsorbed deuterated methane shows that, at a coverage of 0.7, it forms an epitaxial layer with a √3 x √3 structure. Between 50 and 60 K it undergoes a phase transition from two-dimensional solid to liquid (bulk melting point = 89.7 K). Similar results are obtained for deuterated methane on a sample of graphon intercalated with potassium. From the effect of adsorbed methane on the intensities of 001 peaks of both substrates the carbon atom of the methane is estimated to be 3.3 ± 0.2 Å from the surface. Ammonia-d₃ on graphon behaves quite differently from methane. It follows a type III isotherm and at low temperatures desorbs from the surface to form bulk ammonia. This has anomalous melting properties which are shown to be related to adsorption isobars for the system. The detailed interpretation of the results emphasizes the close link between adsorption and heterogeneous nucleation. Quasielastic experiments on the ammonia-graphon system show that the adsorbed ammonia is undergoing translational diffusion on the surface which is much faster than in the bulk. This is attributed to the breaking up of the hydrogen bonded network normally present in the liquid.