X-ray investigations of mesoscopic films at liquid/vapor interfaces

Abstract

For this study, a university lab based x-ray reflectometer suitable for the investigation of liquid surfaces was designed and constructed. A highly automatizing computer program was written to control the installation. A proof-of-concept measurement determining the structure of silane films on silicon substrates was performed. Ensuing, the reflectometer was used to analyze the surface structure of Langmuir films of amphiphilic diblock copolymers. A probable scenario for the orientation of the hydrophobic part’s side chains on the water surface could be given. Additionally, the surface multilayer formation of gold nanoparticles suspended in toluene was discovered and investigated. A dependence on the suspension’s concentration and temperature as well as the reversiblility of the multilayer formation could be verified albeit the latter shows a small hysteresis.

Für diese Studie wurde ein Röntgenreflektometer in einem Universitätslabor errichtet, das für die Untersuchung flüssiger Oberflächen tauglich ist. Zur Kontrolle der Anlage wurde ein stark automatisierendes Computerprogramm geschrieben. Eine Messung zur Bestimmung der Struktur eines Silanfilms auf einem Siliziumsubstrat zeigt die Anwendbarkeit des Aufbaus. Anschließend wurde das Reflektometer dazu verwendet die Struktur von Langmuirfilmen amphiphiler Diblock-Copolymere zu analysieren. Ein wahrscheinliches Szenario für die Ausrichtung der Nebenketten des hydrophoben Teils auf der Wasseroberfläche konnte gefunden werden. Zudem wurde die Multilagenbildung von Goldnanopartikeln suspendiert in Toluol entdeckt und untersucht. Eine Abhängigkeit von Konzentration und Temperatur der Supension sowie die Reversibilität der Multilagenbildung konnte nachgewiesen werden, wobei letztere eine leichte Hysterese aufweist.