Es ist eine wichtige physikalisch-chemische Eigenschaft von Materialien, die die Gesamtoberfläche von Feststoffen pro Massen- oder Volumeneinheit angibt. Diese Eigenschaft ist für eine Vielzahl physikalischer, chemischer und technologischer Prozesse, einschließlich Sorption (Absorption, Adsorption), katalytischer und elektrochemischer Reaktionen, von wesentlicher Bedeutung. Die spezifische Oberfläche beeinflusst die Kinetik und Thermodynamik chemischer Reaktionen und bestimmt somit direkt die Effizienz von Anwendungen wie der Reinigung von Gasen und Flüssigkeiten, der chemischen Synthese, der Energiespeicherung oder der Trenntechnik mit.

Materialien mit einer hohen spezifischen Oberfläche können im Allgemeinen besser mit der Umgebung interagieren, da sie eine große aktive Oberfläche für Kontakte mit anderen Molekülen bieten. Im Zusammenhang mit Sorptionsprozessen wie Absorption und Adsorption ermöglicht eine große spezifische Oberfläche eine größere Anzahl von aktiven Stellen für die Anlagerung von Molekülen aus dem umgebenden Medium. So ist beispielsweise bei porösen Materialien wie Aktivkohle, Zeolithen oder mesoporösen Metalloxiden eine hohe spezifische Oberfläche entscheidend für ihren Einsatz als Adsorptionsmittel bei der Entfernung von Schadstoffen aus Wasser und Luft oder bei katalytischen Anwendungen.

Im Hinblick auf die chemische Reaktivität ist eine hohe spezifische Oberfläche für Feststoffe wichtig, da mehr freiliegende Oberflächenatome oder -moleküle eine größere Anzahl aktiver Stellen bedeuten, an denen chemische Reaktionen stattfinden können. Dies ist besonders wichtig bei der heterogenen Katalyse, wo katalytische Reaktionen auf die Oberflächenschichten des Katalysators beschränkt sind. Eine große spezifische Oberfläche ermöglicht eine intensivere Wechselwirkung zwischen den Reaktanten und dem Katalysator, was zu einer höheren katalytischen Aktivität und Selektivität führt.

Bei der PVD-Technologie handelt es sich um eine Reihe von Verfahren, die eine strukturelle und morphologische Manipulation von Materialien auf atomarer Ebene ermöglichen, was zu Schichten mit einer sehr großen spezifischen Oberfläche führt. Bei PVD-Verfahren wie Gasphasenabscheidung, Sputtern und Lichtbogenabscheidung wird ein Material in eine Gas- oder Plasmaphase umgewandelt und anschließend werden Atome oder Moleküle auf ein Substrat abgeschieden. Dieser Ansatz ermöglicht eine ausgezeichnete Kontrolle über die Schichtdicke, die Zusammensetzung, die Mikrostruktur und die Dichte der Oberflächendefekte, was eine gezielte Optimierung der physikalischen und chemischen Eigenschaften der Materialien ermöglicht.

Abb. 1 ist ein von A. Anders modifiziertes Thornton-Diagramm, das die Möglichkeiten der strukturellen Veränderung von PVD-Schichten durch Änderung der Prozessparameter zeigt.

Dank dieser Fähigkeiten können durch PVD Schichten Materialien mit einzigartigen Eigenschaften hergestellt werden, z.B. nanostrukturierte Schichten, dünne Filme oder mehrschichtige Strukturen mit hoher spezifischer Oberfläche. Diese Schichten können für verschiedene Anwendungen in Bereichen wie Elektronik, Optik, Biomedizin oder Entwicklung neuer Katalysatoren optimiert werden. In der Katalyse beispielsweise können Schichten mit hoher spezifischer Oberfläche die katalytische Aktivität und Stabilität von Katalysatoren erhöhen, während sie in der Sensortechnik eine höhere Empfindlichkeit und Selektivität von Sensoren für chemische und biologische Substanzen ermöglichen.