Ikosahedrální dvojčata - Icosahedral twins

Transmisní elektronová mikroskopie obrázek pětinásobného dvojitého ikosahedrického nanočástice Au.
Model FCC icotwin promítnutý 5krát a 3krát dolů osa zóny orientace.
Příklady digitální detekce motýlků / motýlů v tmavém poli.
Analýza tmavého pole krystalů dvojí čtyřstěn.

An icosahedral dvojče je nanostruktura objevující se pro atomovou shluky. Tyto klastry jsou dvacet tváří, vyrobené z deseti vzájemně propojenýchčtyřstěn (motýlek) krystaly, obvykle spojené podél trojúhelníkových (např. krychlový - (111) ) tváře mající trojnásobnou symetrii. Lze si představit jejich vznik jako druh atomové stupnice vlastní montáž.

Různé nanostruktury (např. Kondenzující argon, atomy kovů a virové kapsidy ) předpokládají ikosaedrickou formu na velikostních stupnicích, kde povrchové síly zatemňují síly z objemu. Někdy se zjistí, že se jedná o dvojnou formu těchto nanostruktur, např. v klastrech kovů s atomy kovu centrovaných na kubické (FCC).[1] K tomu může dojít, když stavební bloky pod každým z 20 fazet původně ikosahedrického klastru (který nedokáže vyplnit prostor bez defektů) „provedou případ“ (protože poměr povrchu k objemu těchto fazet klesá s velikostí) pro převod na A překladově symetrický (např. bezchybný obličejově krychlový) krystalický tvar[2]

Příčiny

Když interatomová vazba nemá silné směrové preference, není neobvyklé, že atomy tíhnou k a líbání číslo 12 nejbližších sousedů. Tři nejsymetrickější způsoby, jak toho dosáhnout, jsou icosahedral shlukování nebo krystalické tvář-centrovaný-kubický (cuboctahedral ) a / nebo šestihranný (orthobicupolární ) zavřít balení.

Ikosahedrální uspořádání, snad kvůli jeho mírně menší povrchové ploše, může být výhodné pro malé shluky, např. atomy vzácného plynu a kovů v kondenzovaných fázích (obě kapalné[3] a pevné). Achillovou patou pro dvacetistěnné shlukování kolem jednoho bodu je však to, že nemůže vyplňovat prostor na velké vzdálenosti způsobem, který je translačně uspořádán.

Proto se hromadné atomy (tj. Dostatečně velké shluky) obecně místo toho vrátí k jedné z konfigurací krystalického blízkého balení. Jinými slovy, když se ikosaedrální klastry dostatečně zvětší, hlasování o hromadných atomech zvítězí nad hlasováním o povrchových atomech a atomy pod každou z 20 fazet přijmou pyramidální uspořádání se středem tváře ve tvaru kříže s čtyřstěnnými (111) fazetami. Tak se rodí ikosahedrální dvojčata s určitým napětím v mezifázových (111) rovinách.

Všudypřítomnost

Ikosahedrální twinning byl pozorován u nanočástic kovových kovových nanočástic se středem tváře, které se nukleovaly: (i) odpařováním na povrchy, (ii) z roztoku a (iii) redukcí v polymerní matrici.

Kvazikrystaly jsou bez dvojčat struktury s dlouhým dosahem rotační, ale nikoli translační periodicitou, kterou se někteří zpočátku snažili vysvětlit jako dvacetistěnné twinningy.[4] Kvazi-krystaly umožňují, aby koordinace nevyplňující prostor přetrvávala do větších měřítek. Obecně se však tvoří pouze tehdy, když složení kompozice (např. Dvou odlišných kovů, jako je Ti a Mn), slouží jako antagonista tvorby jedné z běžnějších těsně uzavřených prostorových, ale zdvojených krystalických forem.

aplikace

Atomové klastry z ušlechtilého kovu zaměřené na obličej jsou důležité nano-katalyzátory pro chemické reakce. Jedním z příkladů je platina používaná v automobilech katalyzátory. Ikosahedrální twinning umožňuje pokrýt celý povrch nanočástic fazetami {111} v případech, kdy tyto konkrétní atomové fazety vykazují příznivou katalytickou aktivitu.

Detekce

Elektronová difrakce a vysoké rozlišení transmisní elektronová mikroskopie (TEM) zobrazování jsou dvě metody pro identifikaci ikosahedrální dvojité struktury individuální shluky. Digitální analýza tmavého pole obrazů mřížkových okrajů ukazuje slib pro rozpoznání ikosahedrálního twinningu od většiny náhodně orientovaných klastrů v zorném poli mikroskopu.[5]

Viz také

Poznámky pod čarou

  1. ^ H. Hofmeister (2004) "Pětinásobné dvojité nanočástice" v Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology (ed. H. S. Nalwa, Amer. Sci. Publ., Stevenson Ranch CA) sv. 3, str. 431-452 ISBN  1-58883-059-4 pdf.
  2. ^ K. F. Kelton Washingtonské univerzity v St. Louis v USA a A. L. Greera z University of Cambridge ve Velké Británii (2010) Nukleace v kondenzovaných látkách: Aplikace v materiálech a biologii (Elsevier Science & Technology, Amsterdam) odkaz.
  3. ^ Kelton, K. F .; Lee, G. W .; Gangopadhyay, A. K .; Hyers, R. W .; Rathz, T. J .; et al. (2003-05-15). „První studie rentgenového rozptylu elektrostaticky levitovaných kovových kapalin: prokázaný vliv místního ikosahedrálního řádu na bariéru proti nukleaci“. Dopisy o fyzické kontrole. Americká fyzická společnost (APS). 90 (19): 195504. doi:10.1103 / fyzrevlett.90.195504. ISSN  0031-9007.
  4. ^ Pauling, Linus (26.01.1987). „Takzvané ikosahedrální a dekagonální kvazikrystaly jsou dvojčata kubického krystalu s 820 atomy“. Dopisy o fyzické kontrole. Americká fyzická společnost (APS). 58 (4): 365–368. doi:10,1103 / fyzrevlett 58,365. ISSN  0031-9007.
  5. ^ Fraundorf, P .; Bishop, C. (2013). „Efektivní detekce mřížkového obrazu ikosahedrálních dvojčat“. Mikroskopie a mikroanalýza. Cambridge University Press (CUP). 19 (S2): 1804–1805. doi:10.1017 / s143192761301101x. ISSN  1431-9276.