Studie op atoomniveau laat zien hoe gouden nanokristallen groeien door coalescentie

Kristallisatie, een fundamenteel proces in de natuur, hangt af van twee verschillende stadia: nucleatie en groei. De laatste speelt een cruciale rol bij het vormgeven van de morfologie, grootte en zuiverheid van kristallijne materialen, waardoor het een focus is voor wetenschappelijk onderzoek en defect engineering. Inzicht in hoe kristallen op atoomniveau groeien, is al lang een belangrijke uitdaging in het veld.

Om deze uitdaging aan te gaan, heeft een collaboratief onderzoeksteam van het Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of the Chinese Academy of Sciences, samen met onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory in de VS en de International Iberische nanotechnologie -laboratorium in Portugal, op de atomische schaal bekendgemaakt als de grootte van de Defect Density, en naderingspaden. Hun bevindingen waren gepubliceerd in de Journal of the American Chemical Society.

Met behulp van geavanceerde in-situ dynamische beeldvorming met een aberratie-gecorrigeerde transmissie-elektronenmicroscoop (AC-TEM)-een hulpmiddel dat precisie op atoomniveau mogelijk maakt-bestudeerden de onderzoekers de post-nucleatiegroei van vijfvoudige twinted (5-ft) gouden nanokristallen terwijl ze samengevoegd of samengevoegd, in grotere structuren.

Hun observaties onthulden twee primaire paden waardoor deze 5-ft gouden nanokristallen groeien via coalescentie:

• Wanneer twee kleine 5-ft nanokristallen (elk meten van 6–11 nm) samenvoegen, wordt het proces aangedreven door “de-twinning”-een mechanisme dat interne structurele defecten vermindert.
• Wanneer een 5-ft nanokristal samengaat met een ander nanokristal (van niet-gespecificeerde structuur), wordt de groei gedomineerd door atomaire herschikking en oppervlaktemigratie.

Uit de studie bleek ook dat eenmaal samengevoegde deeltjes een kritieke grootte overschrijden, ze de neiging hebben om complexe multi-twintige structuren te vormen.

Cruciaal is dat de onderzoekers factoren identificeerden die verder gaan dan deeltjesgrootte die de coalescentie regelen: zowel de initiële dichtheid van vlakke defecten als de specifieke routes waarmee nanokristallen elkaar naderen, impactgroeisnelheden en de uiteindelijke structuur van het resulterende kristal.

Bovendien documenteerde het team gedetailleerde dynamiek op atoomschaal van het coalescentieproces, inclusief tussenliggende structuren, stapsgewijze korrelgrensmigratie en de vorming of eliminatie van twinned regio’s (twinning en de-twinning).

Deze inzichten bieden waardevolle details op atoomniveau voor het bevorderen van materiaalwetenschappen en defect-engineeringtoepassingen.