Мезокристалл
Мезокристалл – это материальная структура , состоящая из множества мелких кристаллов одинакового размера и формы, расположенных в правильном порядке. периодическая закономерность. Это форма ориентированной агрегации, при которой мелкие кристаллы имеют параллельное кристаллографическое выравнивание, но пространственно разделены. [2]
Когда размеры отдельных компонентов достигают наномасштаба, мезокристаллы представляют собой новый класс наноструктурированных твердых тел, состоящих из кристаллографически ориентированных наночастиц. Единственным критерием определения того, является ли материал мезокристаллом, является уникальная кристаллографически иерархическая структура, а не механизм ее образования. [3]
Открытие
[ редактировать ]Хельмут Кёльфен открыл и назвал мезокристаллы в 2005 году во время исследований биоминералов. [4] Он предположил, что их рост произошел из-за неклассического процесса, основанного на самосборке. [3]
Структура и формирование
[ редактировать ]Мезокристалл — это аббревиатура кристалла с мезоскопической структурой, где отдельные субъединицы часто образуют идеальный трехмерный порядок, как в традиционном кристалле, где субъединицы представляют собой отдельные атомы. [3]
Методы формирования
[ редактировать ]Выравнивание наночастиц по органической матрице
[ редактировать ]Это когда мезокристалл образуется путем заполнения отделений органической матрицы кристаллическим веществом. Это кристаллическое вещество будет ориентироваться органической матрицей. Это процесс биоминерализации , и именно так в природе образуются мезокристаллы. [3]
Упорядочение по физическим полям
[ редактировать ]В большинстве случаев мезокристаллы в растворе образуют наночастицы. Эти наночастицы агрегируют и образуют кристаллографические образования без каких-либо добавок. [3] Основными причинами такого упорядочения являются тензорные силы поляризации и дипольные поля. [5]
Минеральные мосты
[ редактировать ]Образование минеральных мостиков происходит с образованием нанокристаллов. На этом этапе рост подавляется за счет абсорбции полимера поверхностью наночастиц. Теперь минеральные мостики могут зарождаться в месте дефекта, внутри растущего ингибирующего слоя нанокристалла. Благодаря этому на минеральном мостике вырастает новый нанокристалл, и полимер снова останавливает рост. Этот процесс повторяется до тех пор, пока кристалл не вырастет. [3]
Пространственные ограничения и самоподобный рост
[ редактировать ]Этот аргумент в пользу образования мезокристаллов требует только ограниченного пространства, в котором протекает реакция. Когда наночастицы превращаются в кристаллы, у них нет другого выбора, кроме как выровняться друг с другом в таком ограниченном пространстве. [3]
Приложения
[ редактировать ]Мезокристаллы обладают уникальными структурными особенностями, а физические и физико-химические свойства, обусловленные этой структурой, сделали их предметом интереса. Ожидается, что мезокристаллы будут использоваться во многих различных приложениях. К ним относятся гетерогенные фотокатализаторы , электроды , оптоэлектроника , биомедицинские материалы и легкие конструкционные материалы. [5]
Свойства, которые делают мезокристаллы пригодными для будущих применений, — это их общие свойства с наночастицами, мезопористыми и монокристаллическими материалами. Поскольку мезокристаллы состоят из наночастиц , свойства самих наночастиц в некоторых случаях передаются всей мезокристаллической структуре. Это позволяет практическое применение мезокристаллов, поскольку они «потенциально более стабильные аналоги материалов из наночастиц». Высокая пористость обычно свойственна мезокристаллам, это свойство присуще мезопористым материалам. Закрытые внутренние поры хороши для тепловой и диэлектрической изоляции, а открытые поры способствуют абсорбции и могут быть использованы для доставки медицинских препаратов. Альтернативно, поры мезокристалла могут быть заполнены, и тогда он будет похож на монокристаллический материал и будет иметь некоторые необычные электронные и оптические свойства. Разнообразие свойств мезокристаллов может позволить эффективно использовать их во многих приложениях. [5]
На природе
[ редактировать ]Иглы морских ежей состоят из мезокристаллов нанокристаллов кальцита (92%) в матрице некристаллического карбоната кальция (8%). Эта структура делает шипы твердыми, но в то же время амортизирующими, что делает их эффективной защитой от хищников. [6] Мезокристаллы появляются также в скорлупе некоторых яиц , кораллах , хитине , раковинах мидий . [3]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Веттерског, Эрик; Агте, Майкл; Майенс, Арно; Ухмыляется, Екабс; Ван, Донг; Рана, Субхасис; Анияз, Анвар; Саласар-Альварес, немец; Бергстрем, Леннарт (2014). «Точный контроль формы и размера нанокристаллов оксида железа, пригодных для сборки в упорядоченные массивы частиц» . Наука и технология перспективных материалов . 15 (5): 055010. Бибкод : 2014STAdM..15e5010W . дои : 10.1088/1468-6996/15/5/055010 . ПМК 5099683 . ПМИД 27877722 .
- ^ Ювоно, Вирани М.; Берроуз, Натан Д.; Солтис, Дженнифер А.; Пенн, Р. Ли (2010). «Ориентированная агрегация: выявлено образование и трансформация мезокристаллических промежуточных продуктов». Журнал Американского химического общества . 132 (7): 2163–2165. дои : 10.1021/ja909769a . ПМИД 20112897 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Сун, Руй-Ци; Кёльфен, Хельмут (2010). «Сверхструктуры наночастиц, упорядоченные по мезокристаллам» (PDF) . Продвинутые материалы . 22 (12): 1301–1330. Бибкод : 2010AdM....22.1301S . дои : 10.1002/adma.200901365 . ПМИД 20437477 . S2CID 15183864 .
- ^ Кёльфен, Хельмут; Антониетти, Маркус (2005). «Мезокристаллы: неорганические сверхструктуры, созданные путем параллельной кристаллизации и контролируемого выравнивания» . Angewandte Chemie, международное издание . 44 (35): 5576–5591. дои : 10.1002/anie.200500496 . ПМИД 16035009 .
- ^ Jump up to: а б с Чжоу, Лэй; О'Брайен, Пол (2012). «Мезокристаллы – свойства и применение». Журнал физической химии . 3 (5): 620–628. дои : 10.1021/jz2015742 . ПМИД 26286158 .
- ^ Палмер, Джейсон (15 февраля 2012 г.). «Структура позвоночника морского ежа наводит на мысль о бетоне» . Новости Би-би-си . Проверено 15 февраля 2012 г.
