Numéro
J. Phys. France
Volume 42, Numéro 2, février 1981
Page(s) 293 - 306
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:01981004202029300
J. Phys. France 42, 293-306 (1981)
DOI: 10.1051/jphys:01981004202029300

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

J.P. Coulomb1, M. Bienfait1 et P. Thorel2

1  Faculté des Sciences de Luminy, Département de Physique, 13288 Marseille Cedex 2, France
2  C.E.N.G., D.R.F., Physique du Solide, 85X, 38041 Grenoble Cedex, France


Abstract
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.


Résumé
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.

PACS
6843M - Adsorption/desorption kinetics.
8265 - Surface and interface chemistry; heterogeneous catalysis at surfaces.

Key words
adsorbed layers -- graphite -- liquid vapour transformations -- melting -- monolayers -- neutron diffraction examination of materials -- organic compounds -- phase equilibrium -- solidification -- surface diffusion