Los materiales generados con nanotecnología se han estudiado ampliamente durante la última década después de descubrir una dureza y resistencia mucho mayores que sus contrapartes sin gemelos. Aunque el maclado se encuentra con frecuencia en los nanocristales durante los procesos químicos, mecánicos y térmicos, los mecanismos de su nucleación y difusión siguen siendo difíciles de alcanzar.
estancia: Movimiento de intercambio – maclado dirigido de nanocristales. Haber de imagen: Yurchanka Siarhei/Shutterstock.com
Artículo publicado en progreso de la ciencia Demostrar maclas en nanocristales individuales de plomo (Pb) utilizando En el sitio Microscopía electrónica de transmisión (TEM) de resolución atómica. Los resultados mostraron que el hermanamiento se produjo debido al desplazamiento de las capas atómicas entre sí a través del movimiento de intercambio bicapa. La nucleación de gemelos inducida por el movimiento de intercambio fue el paso crítico en la reproducción de gemelos.
Los cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) revelaron que el movimiento de compensación era el modo propio de fonón de Pb con su estructura cristalina cúbica centrada en la cara (FCC), que se amplificó por el efecto de tamaño cuántico de los nanocristales según simulaciones teóricas.
hermanamiento de nanocristales
El maclado es un modo de deformación básico que compite con el deslizamiento por dislocación en materiales cristalinos. Bajo alta tensión, se favoreció el maclado para la dislocación por deslizamiento. El maclado por deformación ha sido bien documentado en nanocristales FCC.
El hermanamiento se produce en los materiales en respuesta al calentamiento, el impacto del láser, la tensión mecánica, la intensidad del haz de electrones y otros estímulos externos. Estudios anteriores han informado que los nanocristales biestructurados exhiben una mayor resistencia mecánica, mayor estabilidad térmica, alta conductividad eléctrica, fotoemisión prominente y actividad catalítica mejorada en comparación con sus contrapartes de un solo núcleo.
Por lo tanto, la modificación estructural de los nanomateriales con propiedades preferidas es posible mediante la comprensión de los mecanismos de conversión de maclas en los nanocristales. Tradicionalmente, el hermanamiento transformacional ocurre a través de perturbaciones parciales capa por capa en niveles atómicos adyacentes.
Entre las maclas inducidas por estímulos externos, solo las maclas inducidas por cargas mecánicas están bien documentadas. Bajo estrés mecánico externo, procesos inusuales como la activación de microdislocaciones sincrónicas, la activación de microdislocaciones aleatorias y el mecanismo de mezcla están involucrados en el maclado deformacional.
Aunque se supone que el mecanismo de maclado por deformación convencional implementa el maclado traslacional de nanocristales, carece de un soporte concreto. Además, se requiere energía externa para romper la barrera energética durante el hermanamiento.
La creación doble en nanocristales puede ocurrir mediante la inyección de energía externa durante el recocido térmico, la irradiación de iones o electrones, lo que indica que el maclado de conversión de nanocristales puede mostrar trayectorias inusuales bajo la influencia de las propiedades cinéticas. Técnicamente, es difícil lograr la excitación de macla simultánea y la formación de imágenes atómicas debido a la velocidad de deslizamiento o dislocación parcial, que se supone que ocurre a la velocidad del sonido.
Observación directa de la oscilación estructural entre estructuras monocristalinas y gemelas de un nanocristal de plomo. (a) Modelo atómico 3D reconstruido de un nanocristal de plomo cortado y una gota bidimensional (2D) a lo largo [011¯] Muestre el eje del área de visualización que consta de cuatro planos {111} y dos planos {200}. (B) Histogramas del número de capas de plomo a lo largo de las direcciones 111〉 y 200〉 obtenidas del análisis de 36 nanocristales. (C) Las imágenes de secuencia extraídas de la película S3 muestran la oscilación estructural entre las estructuras de un solo cristal («S») y un par («T») de un solo nanocristal de plomo. Tuberculosis, gemelo fronterizo. Barra de escala, 2 nm. ( d ) La FFT correspondiente a las nanoestructuras confirma la transformación estructural monocristalina y bicristalina. ( e ) Vías de transiciones estructurales entre estados monocristalinos y estados a nanoescala durante el proceso de maclado y desenrollado. (F) Tiempo de retención de los estados monocristalino y nanogemelo en la película S3. © Zhang, Q et al. (2022).
Análisis de maclas de nanocristales a través de estudios experimentales y teóricos.
Anteriormente, los investigadores confirmaron la superioridad de los nanocristales de plomo sobre otros materiales debido a su bajo punto de fusión y resistencia a la oxidación, lo que los convierte en candidatos ideales para estudiar cambios estructurales con irradiación de haz de electrones estructurados.
En este estudio, el equipo de investigación se centró en la conversión de maclas en nanocristales de Pb individuales con estructura cristalina FCC empleando En el sitio TEM de precisión atómica con precisión de tiempo de milisegundos. Dos TEM complejos con corrección de aberraciones están equipados con una cámara Thermo Fisher Scientific Ceta de alta velocidad de 40 fps y una cámara Gatan K2 IS de 400 fps para lograr una alta resolución temporal.
En el sitio Las imágenes revelaron transformaciones estructurales inducidas por haces de electrones en nanocristales de plomo. Las fluctuaciones estructurales entre los nanocristales dobles y simples se ajustaron variando la intensidad del haz de electrones y la temperatura correspondiente, lo que muestra el efecto de la densidad de corriente del haz de electrones en la formación de los nanocristales dobles.
Por otro lado, la exposición de los nanocristales de Pb a un haz de electrones de la misma densidad de corriente y temperaturas extremadamente bajas no provoca fluctuaciones estructurales, lo que indica que el maclado de conversión se genera por la vibración térmica inducida por el haz de electrones.
Informes anteriores informaron que los nanocristales disipan el exceso de energía mediante vibraciones de fonones, lo que conduce a transiciones reversibles entre nanocristales dobles y simples. Además, el tiempo de retención del nanocristal único es mayor que el de su homólogo gemelo. Por lo tanto, la estructura monocristalina dura más tiempo.
Además, la dinámica de cambio de los nanocristales de plomo se estudió teóricamente mediante cálculos de fonones basados en DFT, lo que indicó que la mejora en el modo de intercambio de los nanocristales se debe al tamaño reducido de los nanocristales.
Un teléfono de intercambio tiene la potencia más baja de todos los fonones de onda corta, lo que hace que el modo de cambio sea el modo de movimiento más probable que ocurra. Como resultado, la amortiguación puede hacer que el fonón convierta el modelo de intercambio en un gemelo. Finalmente, se observa que los resultados experimentales están de acuerdo con los cálculos de DFT.
conclusión
En conclusión, esta investigación mostró que el movimiento de intercambio de dos capas atómicas adyacentes que se mueven entre sí provocó el desplazamiento doble de los nanocristales de plomo. La doble nucleación y la doble difusión en los nanocristales son causadas por el movimiento de intercambio. Los descubrimientos del estudio actual sobre mecanismos de hermanamiento previamente desconocidos han brindado una nueva posibilidad para el diseño y la fabricación de nanomateriales.
referencia
chang, y otros. (2022). Movimiento de intercambio: maclado dirigido de nanocristales. progreso de la ciencia. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abp9970
«Pensador incondicional. Aficionado a la televisión galardonado. Emprendedor total. Evangelista de la web. Nerd del café».