Ujævn stammefordeling inducerer detvinding i penta-tvilede nanopartikler

Tvilde nanopartikler har områder med klar symmetri, der deler det samme krystalgitter, adskilt af en klar grænse. Ændring af tvillingestrukturen kan påvirke nanopartiklernes egenskaber, hvilket gør kontrol af twinning for at skabe skræddersyede nanomaterialer til et aktivt forskningsområde.

Forskere undersøgte penta-tvilede guld-nanopartikler under en elektronstråle og observerede direkte, at delvis dislokation glidede for første gang. Kombineret med simuleringer af molekylær dynamik fandt holdet, at ujævn belastningsfordeling på tværs af tvillingeenhederne inducerer dislokationsglidning, planstyring og eventuel detvinding i nanopartiklerne.

Undersøgelsen er publiceret i Nano Letters .

Twinnede nanokrystaller har unikke fysiske og kemiske egenskaber, hvilket gør twinning til en konsekvensparameter i materialedesign. Udvikling af praktiske tilgange til kontrol af twinning og twinning-strukturer kræver forståelse af twinning og detwinning på atomniveau, hvilket i øjeblikket mangler.

Ved præcist at visualisere strukturen og transformationerne i penta-tvilede nanopartikler og fortolke denne information ved hjælp af atomskala-simuleringer, var forskerne i stand til at detaljere samspillet mellem overfladediffusion, trækspændingsrelaksation, morfologisk evolution og detwinning mere tydeligt. Denne indsigt kan hjælpe med at guide fremtidige bestræbelser på at kontrollere twinning og detwinning i guld nanopartikler.

Tvillingstrukturer har forskellige fysiske og kemiske egenskaber i kraft af deres specifikke konfigurationer. Imidlertid er twinning- og detwinningprocesser ikke fuldt ud forstået på atomare skala.

Ved at integrere in situ højopløsningstransmissionselektronmikroskopi og molekylærdynamiske simuleringer fandt forskerne ud af, at trækbelastning i asymmetriske femdobbelte tvillinger af guldnanopartikler fører til tvillingegrænsemigrering gennem dislokationsglidning (glidning af et atomlag) langs tvillingegrænser og dislokationsreaktioner ved den femdobbelte akse under en elektronstråle.

Energibarrierer styrer migrationen af ​​et eller to lag af tvillingplanerne. Afslapning af den totale energi, inklusive overflade, gitter-deformation og tvillinggrænseenergi, efter på hinanden følgende tvillingegrænsemigrering, fører til en afvindingsproces. Ydermere kan overfladeomlejring af femdobbelte tvillinge nanopartikler hjælpe med udvindingsprocessen.

Ved bedre at forstå de processer, der påvirker twinning på atomniveau, kan forskere mere præcist kontrollere strukturen og egenskaberne af tvillingevævede nanopartikler.

Flere oplysninger: Miao Song et al., Ujævn belastningsfordeling inducerer konsekutiv dislokationsglidning, planglidning og efterfølgende afvinding af penta-twinnede nanopartikler, nanobogstaver (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03788

Journaloplysninger: Nano-bogstaver

Leveret af Pacific Northwest National Laboratory