Научный сотрудник МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок класса Мегасайенс» БФУ им. И. Канта Сивков Данил Викторович в составе научной группы лаборатории экспериментальной физики Физико-математического института Коми НЦ УрО РАН в период с 15 по 27 марта принял участие в серии экспериментов на Русско-Немецком канале выхода и монохроматизации синхротронного излучения накопительного кольца BESSY II (Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung — нем. «Берлинское сообщество электронного накопительного кольца для синхротронного излучения») Центра им. Гельмгольца в Берлине (Германия).

Этот центр, объединяет исследования научных групп различных организаций: Freie Universität Berlin (Свободный университет Берлина), Дрезденского технического университета, Санкт-Петербургского государственного университета, Института кристаллографии им. А.В. Шубникова, Курчатовского института, Физико-технического института им А. Ф. Иоффе и технического университета города Фрайберга. В распоряжении исследователей находится источник синхротронного излучения 3-го поколения. Кольцо периметром 240 метров, имеет 46 выводов излучения из разнообразных магнитных устройств (вигглеры, ондуляторы, дипольные магниты).

Русско-немецкая станция RGBL на BESSY II была создана в рамках двухсторонней программы между Россией и Германией и успешно функционирует с 2001 года. Более 40 научных групп из 16 городов России проводят на RGBL свои исследования, подавая проекты на конкурс и получая время на измерения и финансовую поддержку. RGBL предоставляет линейно поляризованное излучение в интервале энергии квантов 70 — 1500 эВ. В этом спектральном диапазоне находятся 1s-края поглощения углерода, азота, кислорода и фтора, 2p-края поглощения серы, фосфора, хлора, калия и 3d-переходных металлов от скандия до меди. Таким образом, в лаборатории может быть исследован широкий диапазон объектов: от биоматериалов до наноструктурированных систем, что обеспечивает уникальную возможность сотрудничества немецких и российских ученых в области применения синхротронного излучения.

Экспериментальные исследования объединённой научной группы проводились в рамках прошедшего конкурсный отбор проекта Петровой Ольги Викторовны (научный сотрудник лаборатории экспериментальной физики Физико-математического института Коми НЦ УрО РАН) «NEXAFS и XPS исследования медно-углеродного катализатора на основе многостенных углеродных нанотрубок», который направлен на развитие метода создания технологических объектов — катализаторов химических реакций на основе меди. 

Медьсодержащие катализаторы находят широкое применение, в частности в нефтехимии, как в промышленных, так и в лабораторных синтезах. Они используются в таких важных процессах, как гидрогенизация и дегидрогенизация, гидратация, окисление, конверсия водяного газа, нейтрализация токсичных газов. Для исследования подобных материалов критически важным параметром является интенсивность излучения. По этой причине использование лабораторного рентгеновского источника не применимо для их изучения из-за низкой интенсивности. Только высокоинтенсивные синхротронные источники в сочетании с современным спектральным оборудованием позволяют проводить детальные исследования электронной структуры наноматериалов с высоким энергетическим разрешением.

На данном этапе целью экспериментов было исследование наноразмерных медных покрытий, нанесенных методом осаждения металлорганических соединений из газовой фазы (metalorganic chemical vapour deposition, MOCVD) и методом электролитического осаждения на поверхности многостенных углеродных нанотрубок. Представленные объекты являются перспективными для использования в качестве эффективных катализаторов химических реакций и процессов. Важным параметром катализаторов является поверхность, чем она больше, тем выше их эффективность. Развитая поверхность имеют многостенные карбоновые нанотрубки.

митьб.jpg

На основании полученных данных были сделаны выводы о том, что сформированные покрытия на основе меди характеризуются хорошей адгезией к поверхности химически инертных карбоновых нанотрубок и развитая технология может быть использована для приготовления катализатора.

Сивков Данил Викторович, к.ф-м.н., научный сотрудник МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок класса Мегасайенс» БФУ им. И. Канта:

"Поездка в Синхротронный центр на измерения с использованием современного спектрального оборудования позволила мне «потрогать руками» то, с чем я работал, занимаясь компьютерным моделированием. Это чрезвычайно интересно и важно для понимания тонкостей явлений, которые изучаешь. Хотя участие в измерениях и потребовало значительного напряжения сил, так как они проводились круглосуточно, и приходилось неделю функционировать в режиме: работа/сон. Я получил ценный опыт работы на всех этапах эксперимента: в подготовке, трансфере и юстировке образца, а также непосредственно в измерениях. На каждом этапе были свои тонкости и особенности, касающиеся как метода в целом, так и специфики конкретного прибора, в которые приходилось вникать. На меня произвело впечатление соседство суперсовременных измерительных мощностей, зданий различных государственных и частных лабораторий с окружающей их местами дикой природой. Как-то глубоко за полночь, возвращаясь с BESSY-II по дороге в гостиницу я наблюдал убегающего от меня по середине улицы зайца, а затем по его следам неспешно проследовала лиса. Выражаю благодарность лаборатории МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок „Мегасайенс“ за финансовую поддержку, что, в конечном счете, и позволило приобрести опыт работы на синхротронных источниках излучения».

ртоьлбю.jpg

 Кроме того, совместно с коллегами из МНИЦ "Когерентная рентгеновская оптика для установок «Мегасайенс» проводились расчеты спектральных зависимостей коэффициента поглощения в области NEXAFS (англ. near edge X-ray absorption fine structure — околопороговая тонкая структура рентгеновского спектра поглощения ограниченная энергетическим интервалом ±(30-50) эВ относительно энергии порога возбуждения (скачка)) — краев поглощения ряда нанообразующих углеродных материалов и металлов. Стоит отметить, что Сивков Д.В. был привлечен в качестве специалиста для выполнения расчетов на основании полученных ранее научной группой экспериментальных данных оптических постоянных рефракционных линз и данных моделирования влияния аппаратурных искажений на измеряемые величины для рентгенооптических приложений.

Сивков Данил Викторович, к.ф-м.н., научный сотрудник МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок класса Мегасайенс» БФУ им. И. Канта:

«В ультрамягком рентгеновском диапазоне все вещества характеризуются высокими величинами сечений поглощения (фундаментальные параметры, характеризующие взаимодействие рентгеновского излучения с веществом). Их измерение является необходимым этапом для определения таких оптических постоянных, как коэффициенты преломления и отражения, а также атомные форм-факторы, которые могут быть рассчитаны методом Крамерса-Кронига путем интегрирования по сечениям поглощения рентгеновского излучения в широком спектральном диапазоне». 

Климова Наталия, м.н.с. МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок класса Мегасайенс» БФУ им. И. Канта:

«Экспериментальные данные по распределению сил осцилляторов в области ближней тонкой структуры рентгеновского спектра поглощения необходимы для определения оптических постоянных (коэффициентов рефракции и отражения) материалов в широком спектральном интервале с использованием соотношений Крамерса — Кронига. Работа с Данилом Сивковым позволила нам продвинуться в направлении исследований оптических эффектов рентгеновской оптики в области резонансного фотопоглощения. Спектральные зависимости оптических постоянных являются важными параметрами для характеризации материалов линз и оценки их перспективности для использования в качестве основного рабочего материала для когерентной рентгеновской оптики, активной разработкой которой занимается наш исследовательский центр».

ироотолл.jpg

Поездка Сивкова Д.В. была организована за счет средств субсидии, выделенной на реализацию Программы повышения конкурентоспособности в БФУ им. И. Канта (Проект 5-100). Полученные результаты будут опубликованы в открытой печати и представлены на XXIII Всероссийской конференции (с международным участием) «Рентгеновские и электронные спектры и химическая связь» (РЭСХС).