Le misure di riflettività di raggi-X (XR) permettono determinazioni su scala atomica delle caratteristiche morfologiche di film sottili. La variante in dispersione di energia (ED) della tecnica convenzionale XR è sfruttata per rivelare in situ, per la prima volta, i minimi cambiamenti morfologici di film sottili di rutenio Ftalocianine (RuPc)2 sensibili a gas ossidanti (NOx), durante il loro funzionamento. L'acquisizione in tempo reale degli spettri di riflettività durante l'esposizione dei film al gas, ha infatti permesso di campionare l'evoluzione dei parametri morfologici (spessore e rugosità) con una densità senza precedenti, fornendo nuove informazioni sulle modalità di interazione.
Per eseguire questo esperimento, sono risultati essenziali i vantaggi della tecnica ED rispetto alla tradizionale dispersione angolare (AD), collegati soprattutto all'immobilità dell'apparecchio durante la raccolta dati. Infatti, nella geometria ad incidenza estremamente radente richiesta per questo genere di misure, persino impercettibili disallineamenti del campione possono indurre errori rilevanti durante la scansione angolare richiesta in AD. Inoltre, se devono essere effettuate consecutivamente molte scansioni, come nel nostro caso, si possono presentare problemi di riproducibilità causati dai movimenti meccanici dei bracci del diffrattometro.
Questo ciclo di esperimenti ha permesso di fare una distinzione tra i modelli proposti per i differenti processi che si ipotizzano durante l'assorbimento del gas da parte del film e durante la conseguente diffusione al suo interno. In particolare, si è studiata la cinetica di interazione fra il gas NOX e film sottili di (RuPc)2. L'analisi dei dati ha consentito di comprendere lo sviluppo cinetico del processo di interazione gas-film e di distinguere due fasi distinte della reazione:
- una prima fase rapida in cui l'interazione con il gas coinvolge la superficie del film. Essa è caratterizzata da un visibile aumento della rugosità superficiale del film e non è influenzata dal suo spessore.
- una seconda fase, che coinvolge il bulk ed è dovuta all'intercalazione delle molecole di gas nel corpo del film. Essa necessita di un tempo maggiore e produce un aumento dello spessore proporzionale al suo valore iniziale.
In questo modo l'ipotesi di un processo a due stadi nell'interazione tra gas e film ha potuto avere una conferma diretta tramite l'osservazione del cambiamento dei parametri morfologici di quest'ultimo.
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