Politehnika / Raziskave / Raziskave s sinhrotronsko svetlobo
TEMELJNE RAZISKAVE

Meritve z rentgensko sinhrotronsko svetlobo potekajo v sinhrotronskih laboratorijih HASYLAB v Hamburgu, LURE v Parizu in ESRF v Grenoblu ter v bodoče ELETTRA v Trstu. Glavni del raziskav je posvečen določanju atomske oziroma molekularne strukture novih materialov z rentgensko absorpcijsko in fluorescenčno spektroskopijo (metodi EXAFS in XANES). Raziskave potekajo v sodelovanju s fiziki iz Odseka za nizke in srednje energije Inštituta Jožef Stefan ter z več domačimi in tujimi laboratoriji s področja materialov, kemije, farmakologije in raziskav okolja.  Vzporedno poteka tudi eksperimentalni študij kolektivnih procesov ob fotoefektu v prostih in vezanih atomih, ki je namenjen izboljšanju natančnosti in zanesljivosti absorpcijskih metod EXAFS in XANES.

Glavna področja naših raziskav so: 

Analiza atomske strukture novih materialov z rentgenskima metodama EXAFS in XANES

Rentgenski absorpcijski spektroskopiji EXAFS in XANES smo doslej učinkovito izrabili pri naslednjih raziskavah:

  • Analiza atomske strukture tekočih in posušenih amorfnih prekursorjev za Pb(Zr,Ti)O3 keramiko. Identificirali smo korelacije med atomi kovin (Pb, Ti, Zr) pri različnih razmerjih Zr/Ti in s tem potrdili homogenizacijo prekursorjev na molekularnem nivoju.
  • Katalitične lastnosti različnih molekularnih sit. Z metodo EXAFS smo identificirali mesta vgradnje kovinskih kationov v mikroporozne aluminofosfatne in silikatne kristalne mreže. Valenčna stanja kovinskih kationov smo določili z metodo XANES.
  • Struktura kovinskih skupkov. Z metodo EXAFS smo določili kristalno strukturo in povprečno velikost kovinskih skupkov (Pd, Co in Fe) sintetiziranih na silikatnem substratu. Tipičen razpon velikosti analiziranih skupkov je bil od 0.5 nm do 20 nm.
  • Valenčna stanja kroma v kalcijevih kromatih. Z metodo XANES smo identificirali prisotnost neobičajnih valenčnih stanj kroma Cr(IV) in Cr(V) v nekaterih kalcijevih kromatih.
  • Vloga železa v priobalnih morskih sedimentih v tržaškem zalivu. Z analizo strukture EXAFS in XANES nad absorpcijskim robom K železa smo pokazali, da je v celotnem prerezu sedimenta železo (FeIII) vezano na kisik. Prevladujoča kristalna struktura mikronskih zrn železovega oksida v sedimentu je Goethit.
  • Enkapsulacija zdravila za rakava obolenja cisplatin v liposome. Struktura EXAFS izmerjena nad platinovim robom L3 je pokazala, da je zdravilo v liposomu kemijsko stabilno ( ne hidrolizira in ne reagira z lipidnimi stenami liposomskega ovoja), in da molekule cisplatina v liposomu ne kristalizirajo, kljub temu, da koncentracija zdravila v liposomu presega mejo topnosti v vodi za faktor 8. 
  • Priprava tanke plasti nikljevega aluminida na silicijevi podlagi. Na silicijevo podlago so najprej izmenično nanesene tanke plasti niklja in aluminija. Ta večslojna nanostruktura Ni/Al je nato obdelana z metodo ionskega mešanja z Ar+ ioni pri različnih temperaturah. Analiza EXAFS na atomih Ni je jasno pokazala postopni prehod iz ciste fcc kristalne strukture Ni v še nezmešanih plasteh Ni/Al, proti tvorbi kristalne strukture zlitine NiAl v celotni tanki plasti.Doličili smo tudi temperaturo faznega prehoda.
  • Mesta vgradnje dopantov Bi(III)  in Pb(II) v kristalno strukturo dielektrične keramike Ba4.5Nd9Ti18O54. Z meritvami EXAFS nad absorpcijskimi robovi Bi in Pb smo pokazali, da se iona ne vgrajujeta naključno na vsa dosegljiva mesta v kristalni strukturi keramike. Bi(III) selektivno vstopa na eno od treh možnih mest, ki ga je prej zasedal Nd(III), Pb(II) pa selektivno zaseda kristalografsko mesto, ki sta si ga prej deleila Ba(II) in Nd(III).
  • Karakterizacija bakrovega(II)hyaluronata. Koordinacijski polieder bakrovega iona v hyaluronatu, ki odločilno upliva na kemijske lastnosti cele makromolekule, smo analizirali pomočjo bakrovega spektra EXAFS in XANES izmerjenega na praškastem vzorcu bakrovega(II)hyaluronata.Bakrovi atomi se nahajajo v središču oktaedra sestavljenega iz šestih kisikovih atomov. Opažena je značila Jahn-Tellerjeva distorzija oktaedra.


Atomsko absorpcijsko ozadje v spektrih EXAFS

Oscilacijska struktura EXAFS je naložena na ozadje čiste atomske absorpcije, ki jo v skoraj vseh  računalniških programih za analizo strukture EXAFS opišejo s polinomskimi zlepki. Toda nad absorpcijskimi robovi se pri pragu za večelektronske ekscitacije pojavljajo drobne absorpcijske strukture (resonance, absorpcijski robovi, skokovite spremembe naklona). Pri dosedanjih analizah smo pokazali, da teh ostrih struktur polinomski model ozadja ne more opisati, zato ostanejo primešane spektru EXAFS in vnašajo sistematične napake pri določanju strukturnih parametrov. 
Razvili smo iteracijsko metodo, s katero je mogoče učinkovito ločiti atomsko ozadje od strukturnega signala EXAFS in tako odpraviti sistematične napake. Pri neurejenih materialih s šibkim signalom EXAFS pa smo s tem postopkom omogočili uspešno strukturno analizo, ki je sicer sploh ni mogoče opraviti brez vnaprejšnjega poznavanja atomskega absorpcijskega ozadja.
 

Večelektronske fotoekscitacije v prostih in vezanih atomih

Rentgensko absoprpcijsko spektroskopijo uporabljamo tudi pri študiju kolektivnih procesov v prostih in vezanih atomih. Tako smo prvi izmerili čisti atomski absorpcijski spekter alkalnih kovin K, Rb in Cs na enoatomnih parah pri temperaturi 700 st. Celzija. Absorpcijski spektri nad absorpcijskimi robovi K teh elementov so razkrili bogato večelektronsko strukturo, ki je posledica hkratnih vzbuditev dveh ali celo treh elektronov po fotoefektu v notranji lupini K. 

Kazalo, Iskanje, Imenik

Zadnja sprememba: Marec 2000
Pripombe pošljite na: iztok.arcon@ses-ng.si
English version of this page