Икосаэдрические близнецы
Икосаэдрический , двойник — это наноструктура, возникающая в виде кластеров атомов а также наночастиц, содержащих несколько тысяч атомов. Эти кластеры двадцатигранные, с двадцатью взаимосвязанными тетраэдрическими кристаллами, соединенными вдоль треугольных (например, кубических (111) ) граней, имеющих тройную симметрию. Родственная, более распространенная структура состоит из пяти единиц, устроенных аналогично двойникам, которые были известны как « пятерки ». в 19 веке [1] [2] [3] в последнее время как «декаэдрические частицы с множеством двойников», «пентагональные частицы» или «звездные частицы». Множество различных методов (например, конденсация аргона, атомов металлов и капсидов вирусов ) приводят к икосаэдрической форме в масштабах размеров, где поверхностная энергия более важна, чем энергия из объема.
Причины
[ редактировать ]Когда межатомные связи не имеют сильных направленных предпочтений, атомы нередко тяготеют к числу целующихся 12 ближайших соседей. Три наиболее симметричных способа сделать это — икосаэдрическая кластеризация, кристаллическая гранецентрированно-кубическая ( кубооктаэдрическая ) и гексагональная ( триортобикупольная ) плотная упаковка .
Икосаэдрические структуры, обычно из-за их меньшей поверхностной энергии , [4] может быть предпочтительнее для небольших кластеров. Однако ахиллесова пята икосаэдрической кластеризации заключается в том, что она не может заполнять пространство на больших расстояниях трансляционно-упорядоченным образом, поэтому происходит некоторое искажение положений атомов, то есть упругая деформация. [4] Де Вит отмечал, что их можно рассматривать с точки зрения дисклинаций . [5] подход позже был расширен Иоффе до 3D. [6] Форма также не всегда напоминает простой икосаэдр. [3] и сейчас существует несколько программных кодов, которые позволяют легко вычислить форму. [7] [8]
При больших размерах энергия искажения становится больше, чем прирост поверхностной энергии, и объемные материалы (т.е. достаточно большие кластеры) обычно возвращаются к одной из кристаллических конфигураций плотной упаковки. В принципе они превратятся в простой монокристалл конструкции Вульфа. [9] форма. Размер, когда они становятся менее энергетически стабильными, обычно находится в диапазоне 10-30 нанометров в диаметре. [10] но не всегда случается, что форма меняется и частицы могут вырасти до миллиметровых размеров.
Вездесущность
[ редактировать ]Икосаэдрическое двойникование наблюдалось в гранецентрированных кубических металлических наночастицах, которые зародились: (i) путем испарения на поверхности, (ii) из раствора и (iii) путем восстановления в полимерной матрице.
Квазикристаллы представляют собой недвойниковые структуры с большой периодичностью вращения, но не поступательной периодичностью, которую некоторые первоначально пытались объяснить как икосаэдрическое двойникование. [11] Квазикристаллы обычно образуются только тогда, когда композиционный состав (например, из двух разнородных металлов, таких как титан и марганец) служит антагонистом образованию одной из наиболее распространенных плотноупакованных форм, заполняющих пространство.
См. также
[ редактировать ]
- Кристаллическое двойникование
- Икосаэдр
- Катализатор на основе наноматериалов
- Нанотехнологии
- Квазикристаллы
- Самосборка наночастиц
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хофмайстер, Х. (1998). <3::aid-crat3>3.0.co;2-3 «Сорок лет исследования пятикратных двойниковых структур в малых частицах и тонких пленках» . Кристаллические исследования и технологии . 33 (1): 3–25. Бибкод : 1998CryRT..33....3H . doi : 10.1002/(sici)1521-4079(1998)33:1<3::aid-crat3>3.0.co;2-3 . ISSN 0232-1300 .
- ^ Х. Хофмайстер (2004) «Пятикратно сдвоенные наночастицы» в Энциклопедии нанонауки и нанотехнологий (под ред. HS Nalwa, Amer. Sci. Publ., Stevenson Ranch CA) vol. 3 , стр. 431-452. ISBN 1-58883-059-4 в формате PDF .
- ^ Перейти обратно: а б Маркс, Л.Д.; Пэн, Л. (2016). «Форма наночастиц, термодинамика и кинетика» . Физический журнал: конденсированное вещество . 28 (5): 053001. Бибкод : 2016JPCM...28e3001M . дои : 10.1088/0953-8984/28/5/053001 . ISSN 0953-8984 . ПМИД 26792459 . S2CID 12503859 .
- ^ Перейти обратно: а б Ино, Сёдзо (1969). «Устойчивость многократно сдвоенных частиц» . Журнал Физического общества Японии . 27 (4): 941–953. Бибкод : 1969JPSJ...27..941I . дои : 10.1143/jpsj.27.941 . ISSN 0031-9015 .
- ^ Вит, Р де (1972). «Частичные дисклинации» . Журнал физики C: Физика твердого тела . 5 (5): 529–534. Бибкод : 1972JPhC....5..529D . дои : 10.1088/0022-3719/5/5/004 . ISSN 0022-3719 .
- ^ Хауи, А.; Маркс, Л.Д. (1984). «Упругие деформации и энергетический баланс для многократно сдвойникованных частиц» . Философский журнал А. 49 (1): 95–109. Бибкод : 1984PMagA..49...95H . дои : 10.1080/01418618408233432 . ISSN 0141-8610 .
- ^ Букувала, Кристина; Дэниел, Джошуа; Ринге, Эмили (2021). «Подходы к моделированию формы нанокристаллов» . Нано-конвергенция . 8 (1): 26. Бибкод : 2021NanoC...8...26B . дои : 10.1186/s40580-021-00275-6 . ISSN 2196-5404 . ПМЦ 8429535 . ПМИД 34499259 .
- ^ Рам, Дж.; Эрхарт, Пол (2020). «WulffPack: пакет Python для конструкций Wulff» . Журнал программного обеспечения с открытым исходным кодом . 5 (45): 1944. Бибкод : 2020JOSS....5.1944R . дои : 10.21105/joss.01944 . ISSN 2475-9066 .
- ^ Пимпинелли, Альберто; Злодей, Жак (1998). Физика роста кристаллов (1-е изд.). Издательство Кембриджского университета. дои : 10.1017/cbo9780511622526 . ISBN 978-0-521-55198-4 .
- ^ Балетто, Франческа; Феррандо, Риккардо (2005). «Структурные свойства нанокластеров: энергетические, термодинамические и кинетические эффекты» . Обзоры современной физики . 77 (1): 371–423. Бибкод : 2005РвМП...77..371Б . дои : 10.1103/RevModPhys.77.371 . ISSN 0034-6861 . S2CID 54700637 .
- ^ Полинг, Лайнус (1987). «Так называемые икосаэдрические и декагональные квазикристаллы являются близнецами кубического кристалла с 820 атомами». Письма о физических отзывах . 58 (4). Американское физическое общество (APS): 365–368. Бибкод : 1987PhRvL..58..365P . дои : 10.1103/physrevlett.58.365 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 10034915 .