Un gemelo icosaédrico es una nanoestructura que aparece para los cúmulos atómicos . Estos grupos son de veinte caras, hechos de diez cristales de doble tetraedro (pajarita) entrelazados , típicamente unidos a lo largo de caras triangulares (por ejemplo, cúbicas (111) ) que tienen una simetría triple. Uno puede pensar en su formación como una especie de autoensamblaje a escala atómica .
Una variedad de nanoestructuras (por ejemplo, argón de condensación, átomos de metal y cápsides de virus ) asumen una forma icosaédrica en escalas de tamaño donde las fuerzas de la superficie eclipsan a las de la masa. A veces se encuentra una forma hermanada de estas nanoestructuras, por ejemplo, en grupos de átomos metálicos cúbicos centrados en la cara (FCC). [1] Esto puede ocurrir cuando los bloques de construcción debajo de cada una de las 20 facetas de un grupo inicialmente icosaédrico (que no puede llenar el espacio sin defectos) "hacen el caso" (ya que la relación superficie-volumen de estas facetas disminuye con el tamaño) para la conversión a una forma cristalina translacionalmente simétrica (p. ej., cúbica centrada en la cara sin defectos) [2]
Causas
Cuando los enlaces interatómicos no tienen fuertes preferencias direccionales, no es inusual que los átomos graviten hacia un número de besos de 12 vecinos más cercanos. Las tres formas más simétricas de hacer esto son por agrupamiento icosaédrico , o por empaquetamiento cerrado cristalino cúbico centrado en la cara ( cuboctaédrico ) y / o hexagonal (tri- ortobicupolar ) .
Los arreglos icosaédricos, quizás debido a su área superficial ligeramente más pequeña, pueden ser preferidos para grupos pequeños, por ejemplo, átomos de gases nobles y metales en fases condensadas (tanto líquidas [3] como sólidas). Sin embargo, el talón de Aquiles para la agrupación icosaédrica alrededor de un solo punto es que no puede llenar el espacio en grandes distancias de una manera ordenada traslacionalmente.
Por lo tanto, los átomos a granel (es decir, grupos suficientemente grandes) generalmente vuelven a una de las configuraciones cristalinas de empaquetamiento estrecho. En otras palabras, cuando los cúmulos icosaédricos se vuelven lo suficientemente grandes, el voto del átomo masivo gana sobre el del átomo de la superficie, y los átomos debajo de cada una de las 20 facetas adoptan una disposición piramidal cúbica centrada en las caras con facetas tetraédricas (111). Así nacen gemelos icosaédricos, con cierta tensión a lo largo de los planos interfaciales (111).
Ubicuidad
Se ha observado macla icosaédrica en nanopartículas metálicas cúbicas centradas en la cara que se han nucleado: (i) por evaporación sobre superficies, (ii) fuera de la solución y (iii) por reducción en una matriz polimérica.
Los cuasicristales son estructuras no hermanadas con una periodicidad de rotación pero no de traslación de largo alcance, que algunos inicialmente trataron de explicar como hermanamiento icosaédrico. [4] Los cuasicristales permiten que la coordinación que no llena el espacio persista a escalas de mayor tamaño. Sin embargo, generalmente se forman sólo cuando la composición de la composición (por ejemplo, de dos metales diferentes como Ti y Mn) sirve como antagonista de la formación de una de las formas cristalinas empaquetadas pero empaquetadas más comunes, pero empaquetadas.
Solicitud
Metales nobles clústeres atómicos centrada en las caras cúbicas son nano- importantes catalizadores para reacciones químicas. Un ejemplo de esto es el platino utilizado en los convertidores catalíticos de automóviles . El hermanamiento icosaédrico permite cubrir toda la superficie de una nanopartícula con {111} facetas, en los casos en que esas facetas atómicas particulares muestran una actividad catalítica favorable.
Detección
La difracción de electrones y la microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (TEM) son dos métodos para identificar la estructura gemela icosaédrica de grupos individuales . El análisis de campo oscuro digital de imágenes de franjas de celosía es prometedor para el reconocimiento de hermanamiento icosaédrico de la mayoría de los grupos orientados aleatoriamente en un campo de visión de imagen de microscopio. [5]
Ver también
Notas al pie
- ^ H. Hofmeister (2004) "Nanopartículas hermanadas quíntuples" en Enciclopedia de Nanociencia y Nanotecnología (ed. HS Nalwa, Amer. Sci. Publ., Stevenson Ranch CA) vol. 3 , págs. 431-452 ISBN 1-58883-059-4 pdf .
- ^ KF Kelton de la Universidad de Washington en St. Louis, EE. UU. Y AL Greer de la Universidad de Cambridge, Reino Unido (2010) Nucleación en materia condensada: aplicaciones en materiales y biología (Elsevier Science & Technology, Amsterdam) enlace .
- ^ Kelton, KF; Lee, GW; Gangopadhyay, AK; Hyers, RW; Rathz, TJ; et al. (15 de mayo de 2003). "Primeros estudios de dispersión de rayos X en líquidos metálicos levitados electrostáticamente: influencia demostrada del orden icosaédrico local en la barrera de nucleación". Cartas de revisión física . Sociedad Estadounidense de Física (APS). 90 (19): 195504. doi : 10.1103 / physrevlett.90.195504 . ISSN 0031-9007 .
- ^ Pauling, Linus (26 de enero de 1987). "Los llamados cuasicristales icosaédricos y decagonales son gemelos de un cristal cúbico de 820 átomos". Cartas de revisión física . Sociedad Estadounidense de Física (APS). 58 (4): 365–368. doi : 10.1103 / physrevlett.58.365 . ISSN 0031-9007 .
- ^ Fraundorf, P .; Obispo, C. (2013). "Detección eficiente de imágenes de celosía de gemelos icosaédricos" . Microscopía y Microanálisis . Cambridge University Press (CUP). 19 (S2): 1804–1805. doi : 10.1017 / s143192761301101x . ISSN 1431-9276 .