Розвиток нейтронної рефлектометрії поверхневих шарів рідинних систем
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe68.4.259Ключові слова:
тонкi плiвки, багатошаровi структури, нейтронна рефлектометрiя, рентґенiвська рефлектометрiя, електрохiмiчнi iнтерфейси, оптимiзацiя сигналуАнотація
З метою розвитку методiв нейтронної та рентґенiвської рефлектометрiї для дослiдження поверхневих шарiв рiдинних систем запропоновано метод збiльшення чутливостi рефлектометричного експерименту до появи та еволюцiї приповерхневих шарiв. У зв’язку з цим, проведено тестування багатошарових гетероструктур Ni/Ti щодо практичного застосування квазиоднорiдного пiдходу зi змiною ефективної густини довжини розсiяння рентґенiвського випромiнювання тонких (товщиною до 100 нм) металевих плiвок в рентґенiвських рефлектометричних експериментах на прикладi електрохiмiчних iнтерфейсiв. Структури з надзвичайно малою товщиною двошарової системи Ni/Ti та рiзним спiввiдношенням товщин пiдшарiв нiкелю та титану були синтезованi методом магнетронного напилення. Проаналiзовано дзеркальну вiдбивну здатнiсть рентґенiвського випромiнювання вiд поверхнi гетероструктур для визначення межi можливостi використання квазиоднорiдного наближення.
Посилання
V.I. Petrenko, M.V. Avdeev, L. Almasy, L.A. Bulavin, V.L. Aksenov, L. Rosta, V.M. Garamus. Interaction of mono-carboxylic acids in benzene studied by small-angle neutron scattering. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 337 (1-3), 91 (2009).
https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2008.12.001
O.A. Kyzyma, T. Kyrey, M.V. Avdeev, M.V. Korobov, L.A. Bulavin, V.L. Aksenov. Nonreversible solvatochromism in N-methyl-2-pyrrolidone/toluene mixed solutions of fullerene C60. Chem. Phys. Lett. 556, 178 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.cplett.2012.11.040
L. Melnikova, V.I. Petrenko, M.V. Avdeev, V.M. Garamus, L. Almasy, O.I. Ivankov, L.A. Bulavin, Z. Mitroova, P. Kopcansky. Effect of iron oxide loading on magnetoferritin structure in solution as revealed by SAXS and SANS Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 123, 82 (2014).
https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2014.08.032
O.V. Tomchuk, L.A. Bulavin, V.L. Aksenov, V.M. Garamus, O.I. Ivankov, A.Y. Vul, A.T. Dideikin, M.V. Avdeev. Small-angle scattering from polydisperse particles with a diffusive surface. J. Applied Crystallography 47, 642 (2014).
https://doi.org/10.1107/S1600576714001216
V.I. Petrenko, O.P. Artykulnyi, L.A. Bulavin, L. Almasy, V.M. Garamus, O.I. Ivankov, N.A. Grigoryeva, L. Vekas, P. Kopcansky, M.V. Avdeev. On the impact of surfactant type on the structure of aqueous ferrofluids. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 541, 222 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2017.03.054
J. Penfold, R.K. Thomas, H.H. Shen. Adsorption and selfassembly of biosurfactants studied by neutron reflectivity and small angle neutron scattering: Glycolipids, lipopeptides and proteins. Soft Matter 8, 578 (2012).
https://doi.org/10.1039/C1SM06304A
J. Penfold, R.K. Thomas. Neutron reflectivity and small angle neutron scattering: An introduction and perspective on recent progress. Curr. Opin. Coll. Interface Sci. 19, 198 (2014).
https://doi.org/10.1016/j.cocis.2014.01.002
G. Fragneto. Neutrons and model membranes. Eur. Phys. J. Spec. Top. 213, 327 (2012).
https://doi.org/10.1140/epjst/e2012-01680-5
A. Junghans, E.B. Watkins, R.D. Barker, S. Singh, M.J. Waltman, H.L. Smith, L. Pocivavsek, J. Majewski. Analysis of biosurfaces by neutron reflectometry: From simple to complex interfaces. Biointerphases 10, 019014 (2015).
https://doi.org/10.1116/1.4914948
Y. Gerelli. Applications of neutron reflectometry in biology. EPJ Web of Conferences 236, 04002 (2020).
https://doi.org/10.1051/epjconf/202023604002
A.J. Armstrong, T.M. McCoy, R.J.L. Welbourn, R. Barker, J.L. Rawle, B. Cattoz, P.J. Dowding, A.F. Routh. Towards a neutron and X-ray reflectometry environment for the study of solid-liquid interfaces under shear. Scientific Rep. 11, 1 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41598-021-89189-1
W.L. Chen, R. Cordero, H. Tran, C.K. Ober. 50th anniversary perspective: Polymer brushes: novel surfaces for future materials. Macromolecules 50, 4089 (2017).
https://doi.org/10.1021/acs.macromol.7b00450
V.I. Petrenko, Ye.N. Kosiachkin, L.A. Bulavin, M.V. Avdeev. Optimization of the initial interface configuration for in-situ neutron reflectometry experiments. J. Surf. Investigation 14, 215 (2020).
https://doi.org/10.1134/S1027451020020329
D.M. Itkis, J.J Velasco-Velez, A. Knop-Gericke, A. Vyalikh, M.V. Avdeev, L.V. Yashina. Probing of electrochemical interfaces by photons and neutrons in operando. ChemElectroChem 2, 1427 (2015).
https://doi.org/10.1002/celc.201500155
J.A. Dura, E.D. Rus, P.A. Kienzle, B.B Maranville. Nanolayer analysis by neutron reflectometry. Nanolayer Research, 155 (2017).
https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63739-0.00005-0
M.V. Avdeev, I.A. Bobrikov, V.I. Petrenko. Neutron methods for tracking lithium in operating electrodes and interfaces. Phys. Sci. Rev. 3, 20170157 (2018).
https://doi.org/10.1515/psr-2017-0157
E.D. Rus, J.A. Dura. In situ neutron reflectometry study of solid electrolyte interface (sei) formation on tungsten thinfilm electrodes.ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 47553 (2019).
https://doi.org/10.1021/acsami.9b16592
C.H. Lee, J.A. Dura, A. LeBar, S.C. DeCaluwe. Direct, operando observation of the bilayer solid electrolyte interphase structure: Electrolyte reduction on a nonintercalating electrode. J. Power Sources 412, 725 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.11.093
M.V. Avdeev, A.A. Rulev, E.E. Ushakova, Ye.N. Kosiachkin, V.I. Petrenko, I.V. Gapon, E.Yu. Kataev, V.A. Matveev, L.V. Yashina, D.M. Itkis. On nanoscale structure of planar electrochemical interfaces metal/liquid lithium ion electrolyte by neutron reflectometry. Appl. Surf. Sci. 486, 287 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.04.241
Y.N. Kosiachkin, I.V. Gapon, A.A. Rulev, E.E. Ushakova, D. Merkel, L.A. Bulavin, M.V. Avdeev, D.M. Itkis. Structural studies of electrochemical interfaces with liquid electrolytes using neutron reflectometry: Experimental aspects. J. Surf. Investigation 15(4), 787 (2021).
https://doi.org/10.1134/S1027451021040285
M.V. Avdeev, A.A. Rulev, V.I. Bodnarchuk, E.E. Ushakova, V.I. Petrenko, I.V. Gapon, O.V. Tomchuk, V.A. Matveev, N.K. Pleshanov, E.Yu. Kataev, L.V. Yashina, D.M. Itkis. Monitoring of lithium plating by neutron reflectometry. Appl. Surf. Sci. 424, 378 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.01.290
V.I. Petrenko, Ye.N. Kosiachkin, L.A. Bulavin, M.V. Avdeev. On enhancement of the adsorption-layer effect at the metallic electrode? Liquid electrolyte interface in specular neutron reflectometry experiments. J. Surf. Investigation 12(4), 651 (2018).
https://doi.org/10.1134/S1027451018040158
T. Veres, L. Cser, V. Bodnarchuk, V. Ignatovich, Z.E. Horvath, B. Nagy. Investigation of periodic Ni-Ti multilayers. Thin Solid Films 540, 69 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.tsf.2013.06.001
N.S. Yadavalli, D. Korolkov, J.F. Moulin, M. Krutyeva, S. Santer. Probing opto-mechanical stresses within azobenzene-containing photosensitive polymer films by a thin metal film placed above. ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 11333 (2014).
https://doi.org/10.1021/am501870t
C.K. Kalonia, F. Heinrich, J.E. Curtis, S. Raman, M.A. Miller, S.D. Hudson. Protein adsorption and layer formation at the stainless steel - solution interface mediates shear-induced particle formation for an IgG1 monoclonal antibody. Molecular Pharmaceutics 15, 1319 (2018).
https://doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.7b01127
M.H. Wood, S.M. Clarke. Neutron reflectometry for studying corrosion and corrosion inhibition. Metals 7, 304 (2017).
https://doi.org/10.3390/met7080304
P. Hrubovcak, E. Dushanov, T. Kondela, O. Tomchuk, Kh. Kholmurodov, N. Kucerka. Reflectometry and molecular dynamics study of the impact of cholesterol and melatonin on model lipid membranes. Europ. Biophys. J. 50, 1025 (2021).
https://doi.org/10.1007/s00249-021-01564-y
R. Kovacs-Mezei, Th. Krist, Zs. Revay. Non-magnetic supermirrors produced at Mirrotron Ltd. Nucl. Instr. Methods A 586(1), 51 (2008).
https://doi.org/10.1016/j.nima.2007.11.034
A. Nelson. Co-refinement of multiple-contrast neutron/Xray reflectivity data using MOTOFIT. J. Appl. Cryst. 39, 273 (2006).
https://doi.org/10.1107/S0021889806005073
I. Carron, V. Ignatovich. Algorithm for preparation of multilayer systems with high critical angle of total reflection. Phys. Rev. A 67, 043610 (2003).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.67.043610
H. Frielinghaus, M. Gvaramia, G. Mangiapia, S. Jaksch, M. Ganeva, A. Koutsioubas, S. Mattauch, M. Ohl, M. Monkenbusch, O. Holderer. New tools for grazing incidence neutron scattering experiments open perspectives to study nano-scale tribology mechanisms. Nucl. Instr. Meth. A 871, 72 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.nima.2017.07.064
R. Maruyama, T. Bigault, T. Saerbeck, D. Honecker, K. Soyama, P. Courtois. Coherent magnetization rotation of a layered system observed by polarized neutron scattering under grazing incidence geometry. Crystals 9, 383 (2019).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
