Исследовательская группа из Королевского технологического института KTH и Института коллоидов и интерфейсов им. Макса Планка сообщает, что нашла ключ к контролируемому производству мезокристаллов оксида церия. Исследование является шагом вперед в настройке наноматериалов, которые могут использоваться в самых разных целях, включая солнечные элементы, топливные катализаторы и даже медицину.
Мезокристаллы представляют собой наночастицы одинакового размера, формы и кристаллографической ориентации, и их можно использовать в качестве строительных блоков для создания искусственных наноструктур с индивидуальными оптическими, магнитными или электронными свойствами. В природе эти трехмерные структуры встречаются, например, у кораллов, морских ежей и кальцитовой розы пустыни. Искусственно произведенные мезокристаллы оксида церия (CeO2) - или наноцерии - хорошо известны как катализаторы с антиоксидантными свойствами, которые могут быть полезны в фармацевтической разработке.
«Чтобы иметь возможность контролируемым образом изготавливать мезокристаллы CeO2, необходимо понимать механизм образования этих материалов», - говорит Инна Сорока, исследователь в области прикладной физики. химия в КТХ. Она говорит, что команда использовала радиационную химию, чтобы впервые раскрыть механизм образования мезокристаллов церия.
Из-за своей сложности образование мезокристаллов не идет по тому же пути, что и обычные кристаллы - процесс, называемый созреванием Оствальда, когда более мелкие частицы в растворе растворяются и осаждаются на более крупные частицы.
Исследователи обнаружили, что гелеобразная аморфная фаза образует матрицу, в которой первичные частицы размером около 3 нм выравниваются друг с другом, самособираясь в мезокристаллы диаметром 30 нм.
"Если мезокристалл был домом, то эта аморфная фаза играет роль цемента, который соединяет выровненные кирпичи в стенах", - говорит доктор Сорока.
Они также обнаружили, что мезокристаллы могут в дальнейшем самоорганизовываться и образовывать супракристаллы, видимые невооруженным глазом. «Точно так же, как архитектор может спроектировать не один дом, а целый район, где дома ориентированы определенным образом на нужды их обитателей», - говорит она.
Эта многоуровневая иерархическая архитектура супракристаллов представляет собой интересную концепцию для будущего дизайна материалов, говорит она. «Люди очарованы разнообразием структур и сложных форм, встречающихся в природе, таких как морские ежи и кораллы. А ученых интересует, как устроены процессы кристаллизации. Наша работа - вклад в это понимание».