Пятерка
-
Описание пятиугольных наночастиц
- Пятиугольные наночастицы (MTP) состоят из пяти монокристаллов, расположенных вокруг общей оси.
- Каждая единица имеет гранецентрированное кубическое расположение атомов.
- Они могут быть выращены в нанометровом диапазоне и до миллиметров.
-
История и исследования
- Первые упоминания о пятиугольных наночастицах относятся к XIX веку.
- В 1966-67 годах Седзо Ино и Сиро Огава и Джон Олпресс и Джон Вейси Сандерс наблюдали их в вакуумном осаждении металла.
- В последующие десятилетия были проведены обширные исследования, особенно в Японии.
-
Структура и свойства
- Пятиугольные наночастицы могут быть симметричными или асимметричными.
- При малых размерах они имеют форму декаэдра Маркса с низким энергопотреблением.
- При больших размерах они могут быть наиболее стабильной структурой, но могут быть и одной из многих.
-
Деформация дисклинации
- Пятиугольные наночастицы состоят из пяти монокристаллов с угловым зазором.
- При небольших размерах зазор закрывается за счет упругой деформации (дисклинации).
- В других конструкциях угол может быть другим, что приводит к различным типам дисклинаций.
-
Применение и методы получения
- Пятиугольные наночастицы могут быть использованы в солнечных батареях и гетерогенном катализе.
- Методы получения включают коллоидное растворение и различные подходы к осаждению.
- Они часто встречаются в алмазах, золоте, серебре, меди и палладии.
-
Альтернатива модели дисклинационной деформации
- Изменение атомной структуры в сторону тетрагональной кристаллической структуры
- Гипотеза о меньшей энергии тетрагональной структуры
-
Трехмерная форма частиц
- Зависит от условий окружающей среды и давления газа
- Ино предложил десятигранник с {100} гранями
- Маркс предложил модель с модифицированной конструкцией Вульфа
-
Термодинамическая форма
- Зависит от относительной поверхностной энергии граней
- Декаэдр Ino образуется при малой поверхностной энергии {100} граней
- Десятигранник Marks образуется при средней поверхностной энергии {100} граней
-
Кинетическая форма
- Зависит от скорости роста различных поверхностей
- Длинный стержень вдоль общей пятикратной оси при быстрой скорости роста {111} граней
-
Энергия в зависимости от размера
- Полная энергия включает объем, поверхностную энергию и энергию деформации
- Десятигранные частицы имеют меньшую суммарную энергию при промежуточных размерах
- Икосаэдрические частицы стабильны при малых размерах
-
Статистическая совокупность
- При малых размерах сосуществуют различные структуры
- Наночастицы вырастают из маленького зародыша, не меняя формы
-
Энергетический ландшафт
- Конкуренция между икосаэдрической и десятигранной морфологиями
- Двойная воронка энергетического ландшафта с высоким барьером при равновесии
-
Структура и фазовые переходы десятигранных кластеров
- При низкой температуре десятигранный кластер из 75 атомов является глобальным минимумом свободной энергии.
- С повышением температуры энтропия конкурирующих структур приводит к фазовому переходу первого рода.
- При высоких температурах наблюдается жидкоподобное состояние.
-
Экспериментальные исследования
- Яги и соавторы наблюдали изменения внутренней структуры со временем.
- Обнаружены изменения во внутренней структуре жидких ячеек и переходы между формами.
- Оллпресс и Сандерс предложили концепцию последовательного двойникования.
-
Последовательное двойникование
- Двойникование начинается с одного тетраэдрического элемента и продолжается до объединения пяти подразделений.
- Термин «последовательное двойникование» теперь означает движение дисклинации.
- Экспериментальные изображения показывают симметричные и асимметричные структуры.
-
Связанные концепции и применения
- Квазикристаллы: пятикратные циклические двойники могут быть источником данных дифракции электронов.
- Гетерогенные катализаторы: десятигранные частицы проявляют различные характеристики.
- Плазмоника: десятигранные частицы обладают специфическими оптическими характеристиками.
- Тонкие пленки и механическая деформация: структуры могут возникать в тонких пленках и при отжиге.
-
Дополнительные термины и концепции
- Химическая физика: раздел химии и физики.
- Кластер: набор связанных атомов или молекул.
- Форма кристалла: видимая форма минерала.
- Двойникование кристаллов: два кристалла, разделяющие одни и те же точки кристаллической решетки.
- Дисклинация: угловой дефект в материале.
- Икосаэдрические двойники: структура в атомных кластерах и наночастицах.
- Нанокластер: совокупность связанных атомов или молекул.
- Наноматериалы: материалы с размером гранул от 1 до 100 нм.
- Нанопроволока: проволока диаметром в нанометры.
- Нуклеация: начальный этап фазового перехода.
- Поверхностная энергия: избыточная энергия на поверхности материала.
- Поверхностное напряжение: изменение поверхностной энергии при растяжении.
- Конструкция Вульфа: форма монокристалла с наименьшей энергией.