В.В. Волков
Институт кристаллографии имени А.В. Шубникова РАН
vvo@ns.crys.ras.ru
Неотъемлемой частью исследований в области разработки новых наноматериалов является установление связи "условия получения - структура – свойство". Функциональные характеристики наноматериалов определяются их структурной организацией в нанометровом диапазоне, которую изучают различными методами. Эти методы имеют свои преимущества и недостатки, поэтому особую роль в изучении сложноорганизованных наноматериалов приобретают комплексные подходы в диагностике, объединяющие различные методики. Малоугловое рассеяние рентгеновского излучения и нейтронов (МУР) широко используют для исследования надатомной структуры вещества при разрешении от долей нанометра до сотен нанометров путем измерения и анализа картин зависимости интенсивности рассеяния монохроматического излучения от угла наблюдения. Важнейшей особенностью малоуглового рассеяния является возможность анализа внутреннего строения разупорядоченных систем и часто его применение – единственный способ получения информации о структуре образцов с хаотическим расположением неоднородностей наноразмерного диапазона. Особенно важным является тот факт, что с помощью малоуглового рассеяния можно изучать образцы в их естественном состоянии, без какой-либо специальной подготовки: жидкости, гели, полимерные системы, биомолекулы в растворе и т.п. Метод аномального рентгеновского
рассеяния, который реализуется на синхротронных станциях, позволяет выделить рассеяние от наночастиц в сильнорассеивающей матрице и раздельно исследовать распределение некоторых элементов в образце. Применение малоуглового рассеяния позволяет не только получать общие характеристики надатомного строения вещества, но и в ряде случаев помогает принять или отвергнуть различные
теоретические модели их структурной организации. Структурные параметры, найденные с помощью малоуглового рассеяния являются нередко единственным результатом, который невозможно получить никаким другим методом. С помощью МУР определяют такие структурные характеристики, как:
- распределения по размерам нановключений в изотропных дисперсных системах (наночастицы, поры, дефекты, нанонеоднородности в стеклах и т.д.);
- параметры внутренней структуры (размеры флуктуаций плотности, толщина межфазных границ, типичные формфакторы флуктуаций) для конденсированных разупорядоченных и частично упорядоченных наносистем;
- в изотропных монодисперсных системах, или систем с узким распределением по размерам рассеивающих неоднородностей (в частности, растворов белков и их комплексов) определяют максимальный размер, радиус инерции, объем, площадь поверхности и форму наночастиц. Использование информации о структуре известных деталей наночастиц позволяет проводить позиционирование доменов в
биополимерных комплексах и достройку неполных кристаллических структур.
Таким образом, областью применения МУР является изучение структуры сложноорганизованных наносистем в условиях, близких к естественным, что составляет важную часть в комплексе методик исследования структурной организации вещества в наноразмерном диапазоне.