Quasicrystalline Order In Self-Assembled Binary Options

Access Letter Article Links Artigo Tools Search Pubmed for Quasicrystalline order in self-assembled binário nanoparticle superlattices Dmitri V. Talapin 1. 2. 5. Elena V. Shevchenko 2. 5. Maryna I. Bodnarchuk 1. Xingchen Ye 3. Jun Chen 4 amp Christopher B. Murray 3. 4 Departamento de Química, Universidade de Chicago, Chicago, Illinois 60637, EUA Centro de Materiais Nanoscópicos, Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois 60439, EUA Departamento de Química, Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade de Pennsylvania, Philadelphia, Pennsylvania 19104, USA Estes autores contribuíram igualmente para este trabalho. Correspondência para: Dmitri V. Talapin 1. 2. 5 Elena V. Shevchenko 2. 5 Correspondência e pedidos de materiais devem ser endereçados a D. V.T. (E-mail: dvtalapinuchicago. edu) ou E. V.S. (E-mail: eshevchenkoanl. gov). Resumo A descoberta de quasicristais em 1984 mudou nossa visão dos sólidos ordenados como estruturas periódicas 1 e 2 e introduziu novas fases de longo alcance-ordenadas sem qualquer simetria translacional 3, 4, 5. Quasicristais permitem operações de simetria proibidas na cristalografia clássica, por exemplo cinco -, rotações de oito, dez e doze vezes, contudo têm picos de difração acentuados. Os compostos intermetálicos têm sido observados para formar quasicristais metaestáveis ​​e energicamente estabilizados 1, 3, 5 ordem quasicristalina também foi relatada para a fase de telureto de tântalo com uma composição aproximada Ta 1.6 Te 6. Posteriormente, foram descobertos quasicristais em matéria macia, nomeadamente estruturas supramoleculares De dendrímeros orgânicos 7 e copolímeros tribloco 8. e esferas coloidais de tamanho micrométrico foram dispostas em arranjos quasi-cristalinos usando feixes de laser intensos que criam padrões de ondas estacionárias ópticas quasi periódicas 9. Aqui nós mostramos que nanopartículas inorgânicas coloidais podem auto - Montar em superfícies aperiódicas binárias. Observamos a formação de conjuntos com ordem quasicristalina dodecagonal em diferentes sistemas de nanopartículas binárias: nanocristais de Fe de 13,4 nm Fe 2 O 3 e 5 nm, nanocristais de Fe 3 O 4 de 12,6 nm e 4,7 nm e PbS de 9 nm e 3 - nm Pd nanocristais. Tal flexibilidade composicional indica que a formação de conjuntos de nanopartículas quasicristalinas não requer uma combinação única de interações interpartículas, mas é um fenômeno geral de empacotamento de esfera governado pela entropia e potenciais de interpartícula simples. Verificamos também que superlátices quasicristalinos dodecagônios podem formar interfaces de baixo defeito com superlátices binários cristalinos comuns, usando fragmentos de mosaico arquimedeano como a camada de molhamento x02018 entre as fases periódica e aperiódica. Departamento de Química, Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade da Pensilvânia, Filadélfia, Pensilvânia 19104, EUA Departamento de Química, Departamento de Química, Universidade de Chicago, Chicago, Illinois 60637, EUA Centro de Materiais Nanoscópicos, Argonne National Laboratory, EUA Estes autores contribuíram igualmente para este trabalho. Correspondência para: Dmitri V. Talapin 1. 2. 5 Elena V. Shevchenko 2. 5 Correspondência e pedidos de materiais devem ser endereçados a D. V.T. (E-mail: dvtalapinuchicago. edu) ou E. V.S. (E-mail: eshevchenkoanl. gov). Para ler esta história na íntegra, terá de iniciar sessão ou efectuar um pagamento (ver à direita). MAIS ARTIGOS COMO ESTE Estes links para o conteúdo publicado por NPG são automaticamente gerados. Born Minsk, Belarus, 1975. Universidade Estadual da Bielorrússia, Minsk, Diploma 1996. Universidade de Hamburgo, Alemanha, Ph. D. 2002. IBM T. J. Watson Centro de Pesquisa, Yorktown Heights, NY, Pós-bolseiro, 2003-2005. A Fundição Molecular, Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, Berkeley, Cientista 2005-2007. Universidade de Chicago, Professora Assistente 2007-2011 Professor Associado 2011-2013 Professor 2013 - 2011 Materials Research Society Prêmio Jovem Pesquisador Excepcional. 2011 Classificado 21 entre os 100 mais citados químicos da década passada por Thompson Reuters. 2010 Camille Dreyfus Professor-Scholar Award. 2009 O David e Lucile Packard Fellowship. 2009 Sloan Fellowship. Prêmio NSF CAREER 2008. 2007 LMUexcellent Fellowship, Alemanha. Prêmio de Invenção da Invenção IBM 2004. 1996 Diploma com Honras, Universidade Estadual da Bielorrússia. 1995 Academia Nacional de Ciência Prêmio de Estudante. 1994 Fellowship ISF (Fundação Internacional Soros). 1991 1º Prêmio da Olimpíada de Química da URSS. A nossa investigação centra-se na química, física e ciência dos materiais de nanoestruturas inorgânicas. Combinando expertise em síntese coloidal, auto-montagem e caracterização de propriedades de nanomateriais, nosso grupo cria novos materiais para aplicações eletrônicas, fotovoltaicas, termoelétricas e catalíticas. A síntese coloidal de nanoestruturas inorgânicas está se desenvolvendo em um novo ramo da química sintética. Começando com preparações de objetos simples como nanopartículas esféricas, o campo agora está se movendo em direção a estruturas cada vez mais sofisticadas onde composição, tamanho, forma e conectividade de múltiplas partes de uma estrutura multicomponente podem ser adaptados de forma independente e previsível. Exemplos de nanomateriais semicondutores e magnéticos sintetizados por técnicas de química coloidal. Inspirados pela forma como a maioria dos sólidos se forma na natureza, com átomos ou moléculas individuais se reunindo em matrizes rígidas e altamente uniformes, estudamos a montagem de nanocristais monodispersos em superestruturas ordenadas. A montagem de blocos de construção funcionais em nanoescala fornece uma poderosa abordagem modular para o design de novos materiais e lsquometamaterialsrsquo com propriedades físicas e químicas programáveis. Auto-montagem de nanocristais monodispersos em superlattices ordenados e ldquocrystalsrdquo construído a partir de blocos de construção nanocristal funcional. Reunir compostos de funcionalidade intrinsecamente diferente constitui uma via particularmente poderosa para a criação de novos materiais funcionais com propriedades sinergéticas encontradas em nenhum dos constituintes. Superlatjes de nanopartículas binárias (BNSL) auto-montadas a partir de diferentes combinações de nanocristais semicondutores, magnéticos, metálicos e dielétricos mostram incrível diversidade estrutural. A gama de materiais que podem ser usados ​​como blocos de construção em estruturas BNSL parece ser limitada apenas pela nossa capacidade de produzir um material específico sob a forma de nanopartículas monodispersas. A auto-montagem de nanopartículas funcionais em superlatjes de um ou vários componentes oferece possibilidades quase infinitas de criar novos materiais para uma variedade de aplicações de dispositivos fotovoltaicos e termoelétricos a ótica não-linear, multiferróicos e catalisadores multicomponentes. Entretanto, temos uma compreensão muito limitada dos processos que governam a formação da BNSL e determinam a estabilidade de diferentes estruturas. Nós investigamos os aspectos fundamentais da auto-montagem no nanoworld. Superlattices de nanopartículas binárias auto-montadas a partir de diferentes combinações de nanocristais semicondutores, magnéticos, metálicos e dielétricos mostram incrível diversidade estrutural. As inserções mostram esboços das células da unidade superlattice. Os superláquios nanocristalinos constituem um novo tipo de matéria condensada cujas propriedades se originam tanto das propriedades dos nanocristais individuais como dos fenômenos coletivos causados ​​pela diafonia dos blocos superlíticos. Estudamos propriedades eletrônicas (mobilidade de portadores, dopagem, mecanismo de transporte de carga, fotocondutividade, termopoder) e transporte de calor em sólidos nanocristal de monocomponente e multicomponente. Os conhecimentos obtidos a partir de estudos fundamentais de montagens nanocristalinas serão utilizados para o desenvolvimento de dispositivos processados ​​em solução prática utilizando nanocristais e montagens nanocristalinas. O desempenho de transistores nanocristal imprimíveis compara favoravelmente com dispositivos baseados em moléculas orgânicas e polímeros condutores. Os transistores de efeito de campo nanocristal permitem a comutação reversível entre o transporte n e p, fornecendo opções para circuitos de semicondutores de óxido de metal complementares (CMOS) imprimíveis e junções p-n. Os sólidos nanocristal auto-montados podem ser usados ​​para projetar novos dispositivos eletrônicos, fotovoltaicos e termoelétricos. Um exemplo mostra transistores de efeito de campo de tipo n montados a partir de nanocristais de PbSe. Publicações acadêmicas selecionadas J.-S. Lee, M. V. Kovalenko, J. Huang, D.-S. Chung, D. V. Talapin. Transporte em banda, alta mobilidade de elétrons e alta fotoconductividade em matrizes nanocristalinas inorgânicas. Natureza Nanotech. 6. 348 (2011). N. J. Borys, M. J. Walter, J. Huang, D. V. Talapin, J. M. Lupton. O Papel da Morfologia de Partículas na Transferência de Energia Interfacial em CdSe / CdS Heterostructure Nanocristais. Ciência . 330. 1371 (2010). M. I. Bodnarchuk, M. V. Kovalenko, W. Heiss, D. V. Talapin. Contribuições Energéticas e Entrópicas à Auto-montagem de Superlattices Nanocristal Binários: Temperatura como Fator de Direção de Estrutura. Geléia. Chem. Soe. . 132. 11967 (2010). J.-S. Lee, M. I. Bodnarchuk, E. V. Shevchenko, D. V. Talapin. Magnet-in-the-Semiconductor FePt-PbS e FePt-PbSe Nanoestruturas: Propriedades Magnéticas, Transporte de Carga e Magnetorresistência. Geléia. Chem. Soe. . 132. 6382 (2010). M. V. Kovalenko, M. Scheele, D. V. Talapin. Nanocristais coloidais com ligandos de superfície de calcogeneto de metal molecular. Ciência . 324. 1417 (2009). D. V. Talapin, E. V. Shevchenko, M. I. Bodnarchuk, X. Ye, J. Chen, C. B. Murray. Ordem Quasicrystalline em Superlattices binários auto-montados do Nanoparticle. Nature 461. 964 (2009). J.-S. Lee, E. V. Shevchenko, D. V. Talapin. LdquoAu-PbS Core-Shell Nanocristais: Melhoramento de Absorção Plasmônica e Dopagem Elétrica via Transferência de Carga Interparticular J. Am. Chem. Soe. . 130 9673-9675 (2008). M. V. Kovalenko, W. Heiss, E. V. Shevchenko, J.-S. Lee, H. Schwinghammer, A. P. Alivisatos, D. V. Talapin. LdquoSnTe nanocristais: um novo exemplo de Gap Semicondutor Quantum Dots. rdquo J. Am. Chem. Soe. . 129. 11354-11355 (2007). D. V. Talapin, J. H. Nelson, E. V. Shevchenko, S. Aloni, B. Sadtler, A. P. Alivisatos. Crescimento semeado de Nanoheterostructures CdSe / CdS altamente luminescentes com Morfologias Rod e Tetrapod. Nano Lett. . 7. 2951 (2007). E. V. Shevchenko, D. V. Talapin, N. A. Kotov, S. OrsquoBrien, C. B. Murray. LILACS - Diversidade Estrutural em Superlattices de Nanopartículas Binárias;. Natureza. 439. 55, (2006). D. V. Talapin, C. B. Murray. PbSe Sólidos nanocristalinos para transdutores de efeito de campo de película fina de n e p canais. Ciência . 310. 86, (2005). Quasicristais coloidais com simetria de difração de 12 e 18 vezes Resumo As micelas são o exemplo mais simples de auto-montagem encontrado na natureza. Como muitos outros colóides, eles podem se auto-montar em solução aquosa para formar estruturas periódicas ordenadas. Estas estruturas exibiram até agora simetrias cristalográficas clássicas. Aqui relatamos que as micelas em solução podem se auto-montar em fases quasicristalinas. Observamos fases com simetria de difração de 12 e 18 vezes. Os quasicristais coloidais à base de água são sistemas fisicamente e quimicamente muito simples. As amostras monodomínicas macroscópicas de dimensão centimétrica podem ser facilmente preparadas. As transições de fase entre a fase fcc e as duas fases quasicristalinas podem ser facilmente seguidas in situ por experiências de difracção resolvidas no tempo. A descoberta de soluções coloidais quasicristalinas avança consideravelmente a compreensão teórica dos quasicristais, pois para estes sistemas a estabilidade dos estados quasicristalinos tem sido teoricamente prevista para a concentração e intervalo de temperatura, onde são observados experimentalmente. Também para a utilização de quasicristais em materiais avançados esta descoberta é de particular importância, uma vez que abre a via para materiais de faixas fotónicas quasicristalinas através de técnicas de auto-montagem coloidais à base de água estabelecidas. As micelas são o tipo mais simples de estrutura de auto-montagem encontrada na natureza. Eles são formados pela associação de moléculas anfifílicas em solução. As micelas são colóides ubíquos sendo utilizados em detergentes de lavagem, para a solubilização de produtos farmacêuticos bem como para a preparação de materiais avançados (1). Acima das concentrações de cerca de 10, há uma transição de ordem disorder, onde micelas self-assemble em estruturas cristalinas líquidas. No caso das micelas esféricas, os tipos estruturais mais comuns são de simetria cúbica com grupos espaciais (fcc) ou (cúbico centrado no corpo). Estamos investigando o comportamento da fase cristalina líquida de micelas poliméricas nesta faixa de concentração em maior detalhe. Para esta investigação utilizou-se micelas de copolímero de bloco que têm um núcleo micelar bem definido contendo os blocos de polímero hidrofóbico, rodeados por uma estrutura relativamente grande consistindo nos blocos de polímero hidrofílico. Como copolímeros de bloco utilizou-se poli (óxido de isopreno-b-etileno), PI n-PEO m. Com diferentes graus de polimerização n e m dos respectivos blocos poliméricos. Por orientação de cisalhamento utilizando reatores de placa ou de tipo Searle, podem ser preparadas grandes amostras de monodominio de dimensão centimétrica que permitem determinar a estrutura cristalina líquida usando dispersão de raios X de pequeno ângulo (SAXS) e dispersão de neutrons de pequeno ângulo (SANS) (2). Resultados Ao investigar o comportamento de fase de PI-30-PEO 120 micelas perto da transição de ordem disorder com synchrotron SAXS e SANS, descobrimos fases com padrões de difração de simetria de difração 12- (Q12) e 18-fold (Q18) (Figura 1). Com concentração crescente encontramos a uma temperatura de 20 C uma sequência de fases desordenada 13Q1218 Cúbica (fcc). Na faixa de concentração entre 13 e 18, observamos que a fase Q12 é estável a temperaturas intermediárias (15 e 20 C), a fase Q18 é estável a temperaturas mais baixas (10 C) ea fase fcc é estável em Temperaturas iguais e superiores a 25 C. Nas curvas de dispersão de amostras isotrópicas na faixa de concentração entre 1420 a 20 ° C, a transição de fase fcc Q12 é evidente apenas pela supressão da reflexão 110 e pelo desenvolvimento de um máximo fraco a q 0,45 nm -1 (ver Fig. 2). Cada uma das curvas de dispersão na Fig. 2 foi medida numa linha de sincronismo (BW4, DESY) por exposições sucessivas de duração de 30 min (para verificar possíveis danos no feixe) utilizando um detector Pilatus 300 k. As medições em um intervalo de concentração mais amplo entre 1025 foram realizadas com menor resolução e são mostradas em SI Text. A partir das posições de pico e das posições das oscilações do factor de forma na curva de dispersão da fase fcc, calculamos uma dimensão de célula unitária de 52,2 nm e um raio do núcleo micelar de 8,1 nm. Os padrões de difracção de Synchrotron SAXS (A. B e C) e SANS (D e E) da fase fcc (A) e das fases quasicristalinas Q12 (B, D e E) e Q18 (C). Os padrões SANS foram gravados em paralelo (D) e normal (E) para o eixo de rotação de 12 vezes. Os círculos e linhas indicam a posição das reflexões que são comparadas com as posições calculadas para um quasicristal na Fig. 6. O vetor de dispersão q é dado em nm -1, a intensidade é exibida em uma escala logarítmica. Os padrões de difração da fase dodecagonal (A e D), a fase fcc multidomínio (B e E) girada a 0/30, a fase eneagonal (C) ea fase fcc (F) do multidomínio rodado 0/20/40. A e C são calculados para a camada de espaço recíproco h 1 h 2 h 3 h 4 0, D perpendicular a ele. As reflexões circundadas são observadas experimentalmente. As reflexões circundadas em branco ocorrem tanto para a estrutura quasicristalina como para a estrutura fcc mista. As reflexões cercadas em amarelo ocorrem apenas para as estruturas quasicristalinas e são observadas experimentalmente. As reflexões para os quasicristais são indexadas com base num conjunto de cinco vetores de base recíprocos para a fase Q12 e num conjunto de sete vetores de base recíprocos para a fase Q18. Série de curvas de dispersão de raios X de ângulo pequeno sincrônico para amostras isotrópicas em uma faixa de concentração entre 14 e 20. Em concentrações de 18 e 20, as posições de pico observadas estão em bom acordo com uma estrutura fcc (grupo espacial). As curvas de dispersão em concentrações mais baixas são caracterizadas por uma supressão da intensidade da reflexão de 110 e o desenvolvimento de um pico a q 0,45 nm-1. Que para a estrutura dodecagonal corresponde à reflexão 20100. FIG. 1 mostra os padrões de difração de amostras orientadas por cisalhamento para as fases Q12, Q18 e fcc. Para a fase Q12 observamos um padrão de difração com simetria 12 vezes (Fig. 1 B), para a fase Q18 com simetria de 18 vezes (Fig. 1 C). O padrão de difracção da fase fcc é caracterizado por uma simetria de difracção de 6 vezes com 220 reflexões pronunciadas (Figura 1A). O padrão de difracção completo da fase Q12 medida com um detector de área maior é mostrado em SI Text. A fase Q12 também foi estudada por SANS, e o padrão de difração com a característica simetria de difração de 12 vezes é mostrado na Fig. 1 D. Além disso, a difracção na direcção ortogonal foi determinada e é mostrada na Fig. 1 E. As fases Q12 e Q18 são estáveis ​​após o corte. Ao fazer a varredura com o feixe (20 40 m) através da amostra (diâmetro de 30 mm), são encontrados os mesmos padrões de difração. Reproduzimos os resultados por síntese de mais copolímeros de bloco com comprimentos de bloco semelhantes, isto é, PI30-PEO124 e PI32-PEO120 que mostraram exactamente o mesmo comportamento. Para obter informações sobre as mudanças topológicas durante a transição de fase de fcc para a fase Q12 e Q18, realizamos experimentos de sincronismo de sincronismo de sincronismo sincronizado SAXS. A amostra, uma solução micelar PI30-PEO 120 a 15ºC, foi arrefecida sob cisalhamento oscilatório para induzir transições de fase a partir de um monodomínio fcc para a fase Q12 e Q18. Os padrões de difracção foram registados em tramas de 10 s e são mostrados na Fig. 3. No início observamos o padrão de difração característico da fase fcc com sua simetria de difração de 6 vezes. São observadas as fortes reflexões, mas também as reflexões fracas. No segundo padrão de difração, medido após 10 s, um segundo conjunto de seis reflexões fortes (6 2) apareceu entre as seis 220 reflexões (6 1), indicadas pela seta. Isso sinaliza a transição para a fase Q12. Após 40 s, a fase Q12 está totalmente desenvolvida. Após 50 s, a transição para a fase Q18 começou indicada pela divisão dos seis (6 1) reflexos (ver setas na Fig. 3), que posteriormente se desenvolvem em dois picos separados por um ângulo azimutal de 20. A posição do Seis (6 2) reflexões permanece inalterada durante este rearranjo. Isto resulta no padrão de difração da fase Q18 com a sua simetria de difracção de 18 vezes. Durante as transições de fase há um aumento significativo no espalhamento direto devido às heterogeneidades das regiões bifásicas. Experiência de sincronismo microfoco sincronizado SAXS mostrando a transição induzida pela temperatura da fase fcc para as fases Q12 e Q18. Os padrões de difracção foram registados em tramas de 10 s. A linha pontilhada indica que a escala de comprimento envolvida durante a transição de fase permanece constante. A transição para a fase Q12 prossegue pela aparência de um conjunto adicional de seis reflexões após 10 s e subsequentemente na fase Q18 pela divisão em mais seis reflexões após 50 s, como indicado pelas setas. Os padrões de difração cristalograficamente proibidos observados com simetria de difração 12 vezes e 18 vezes poderiam ser o resultado da formação de uma fase quasicristalina, mas também poderia ser devido à presença de uma estrutura polydominio fcc geminada. As experiências resolvidas no tempo sugerem que a transição da fase fcc () para as fases Q12 e Q18 prossegue através de rearranjos de micelas nas camadas (111) da fase fcc. Tais rearranjos podem resultar numa 30 rotação das camadas (111). Para uma estrutura multidom�nio consistindo no mesmo n�mero de camadas 30-giradas e - notadas isto dar� origem a padr�es de difrac�o com 12 simetria rotacional 12 vezes na direc�o 111. Para ser consistente com a simetria espelhada do padrão de difração observada na direção perpendicular (Figura 1E), domínios de camadas com empilhamento ABCA assim como domínios com o correspondente empilhamento ACBA geminado devem estar presentes com igual probabilidade. Para calcular os padrões de difração correspondentes, consideramos uma estrutura multidomínio composta por seqüências (ABC) n (ABC) n (ACB) n (ACB) n de camadas que contêm as características estruturais de números iguais de camadas geminadas e 30-giradas / não invertidas . Este empilhamento de camadas é mostrado na Fig. 4 E. O subscrito n denota o número de repetições de camadas e os primos indicam camadas de 30 rotações. Descobrimos que os padrões de difração para n2, paralelos e perpendiculares às camadas (111), são muito semelhantes aos padrões de difração calculados para outras seqüências de empilhamento. Embalagem micelar na fase fcc (A e D), em uma fase fcc (n 2) geminada com multidominio 0/30, com simetria 12 vezes (B e E), e em um multidominio 0/20/40-girado Fase fcc geminada (n 1) com simetria 18 vezes (C e F). (Superior) Uma vista normal para as camadas micelares (Baixa) uma vista perpendicular às camadas. Devido à simetria sexta, o empilhamento de domínios alternados de 0,30,0 é igual a um empilhamento de 0,30,60 domínios girados, o que seria conceitualmente muito semelhante à estrutura do limite de grão torcido smectic (TGB ). A fase TGB consiste de grãos smectic separados por limites de grãos retorcidos. Se o ângulo entre as camadas normais em lajes adjacentes é um número racional P / Q, então a fase TGB é quasicristalina (3). Para estas fases foram relatados padrões de difração com até 18 vezes de simetria ou superior (4, 5). Embora esta semelhança estrutural sugira um possível mecanismo de estabilização para as camadas giradas propostas (111), notamos que nas fases TGB as camadas são rodadas em torno de um eixo de rotação no plano, enquanto que para a fase fcc multidomínio as pilhas de camadas são rodadas cerca de um Rotação perpendicular ao plano da camada (Fig. 4 B). Uma rotação no plano, tal como na fase TGB, daria origem a padrões de difracção que diferem consideravelmente dos padrões observados experimentalmente na Fig. 1. Considerações semelhantes podem ser feitas para a estrutura com simetria de difração de 18 vezes. Aqui, pode-se propor uma estrutura fcc de multidomínio que consiste em números iguais de camadas geminadas, não giradas, 20 rodadas e 40 rodadas (111). Para sermos específicos, calculamos o padrão de difração de uma sequência (ABC) n (A B C) n (A B C) n (ACB) n (A C B) n (A C B) n. Também neste caso, o subscrito n denota o número de repetições de camada, os primos indicam 20 camadas giradas, e os primos duplos indicam camadas giradas em 40. Por construção, este padrão de difracção possui uma simetria de difracção de 18 vezes. A estrutura esquemática para n 1 é mostrada na Fig. 4 C e F. O diagrama de difracção calculado para n2 é mostrado na Fig. 6 F. Para comparação, construímos modelos para fases quasicristalinas de tal modo que os seus padrões de difracção têm simetria rotacional de 12 vezes e 18 vezes com as posições das reflexões em concordância com os padrões de difracção observados experimentalmente na Fig. 1. Para prosseguir notamos que a projeção das camadas (111) na direção 111 pode ser representada por um mosaico periódico de ladrilhos romboédricos com uma simetria de difração de 6 vezes (Fig. 5D). Neste mosaico pode-se gerar mosaicos não periódicos com simetria 12 vezes (eneagonal) (Fig. 5 G) e 12 vezes (dodecagonal) (Fig. 5 F). O fator de escala entre as bases das telhas de 6 vezes, 9 vezes e 12 vezes pode ser deduzido de suas estruturas sexuais periódicas hexagonais (PAS) (Fig. 5 E) a 1,485 e 0,536 (6). A estrutura de camada completa é então gerada decorando as telhas com micelas. As telhas e as respectivas telhas são mostradas na Fig. 5 F para o doze vezes, e na Fig. 5 G para o azulejo de nove vezes. Devido ao PAS comum, apenas pequenos rearranjos da posição das micelas são necessários para a transição da FCC para a estrutura dodecagonal e eneagonal (ver Fig. 5B e C). A partir das coordenadas das micelas os padrões de difracção são calculados e são mostrados na Fig. 6. Representação esquemática de uma camada de micelas poliméricas (A), uma sobreposição mostrando a relação estrutural entre uma camada fcc (111) e as camadas correspondentes dos quasicristais enneagonal e dodecagonal (B e C), um mosaico periódico eo Azulejo representando a projeção 111 da fase fcc (D), o ladrilho e as telhas da fase Q12 (F) dodecagonal e da fase Q18 eneagonal (G), e uma sobreposição mostrando a relação estrutural entre o cristal fcc e o eneagonal e Quasicristais dodecagonal com seus respectivos PAS (E). Diferentes cores representam diferentes camadas. Notamos que os padrões de difração calculados do quasicristal dodecagonal exibem reflexos, marcados em amarelo na Fig. 6 A. Que não estão presentes no padrão de difracção da estrutura multidominio fcc geminada / 30-rodada. O aparecimento destas reflexões na fase dodecagonal está relacionado com a perda do empilhamento ABC e do seu plano de deslize durante a transição para a fase Q12. Como estas reflexões são observadas experimentalmente, elas são uma forte indicação para a formação de uma fase quasicristalina. Além disso, a posição das reflexões observadas na direção perpendicular (Figura 1E) não pode ser reproduzida assumindo uma estrutura fcc, enquanto que o padrão de difração calculado da estrutura quasicristalina dodecagonal mostra um bom acordo, permitindo indexar cada uma das reflexões observadas . Também o padrão de difracção calculado do quasicristal enneagonal exibe reflexões que não estão presentes no padrão de difracção da estrutura fcc multidominio geminada / 20- / 40-rotacionada. O aparecimento destas reflexões nos padrões de difracção medidos experimentalmente da fase Q18 é uma outra indicação forte para a formação de uma fase quasicristalina. Uma peculiaridade dos padrões de difracção de SAXS é uma supressão das reflexões mais íntimas da fase Q12 e Q18, que está relacionada com o contraste de raios X oposto do núcleo micelar e da concha em relação ao solvente. Isso é diferente para o contraste de nêutrons, de modo que as reflexões são visíveis. Discussão A observação de reflexões adicionais ea concordância entre padrões de difração calculados e observados paralelos e perpendiculares ao eixo de rotação n-fold sugerem fortemente a formação de estruturas quasicristalinas. Os padrões de difração de fases liotrópicas macias geralmente não apresentam muitas reflexões de ordem superior devido a imperfeições estruturais. Por exemplo, existe uma considerável mancha horizontal das reflexões 1000 n e 2000 n observadas no padrão de difracção experimental na Fig. 1 E. O que indica que as micelas nos vértices da telha não estão exatamente localizadas em plano com as outras micelas. A grande largura e o pequeno número de reflexões limitam a informação estrutural disponível. Em detalhe, consideramos estruturas alternativas plausíveis tais como fases do tipo TGB multidomínio que dariam origem a padrões de difração simétrica de 12 e 18 vezes, mas em todos os casos verificou-se que as estruturas quasicristalinas propostas dão o melhor acordo com os padrões de difração observados . Não podemos descartar completamente a possibilidade de que uma estrutura ainda desconhecida com uma célula-unidade muito grande, uma estrutura complexa, até então desconhecida, de multidomínio fcc () ou a coexistência de uma fase ainda desconhecida possa explicar de forma semelhante os padrões de difração observados. No entanto, não temos até agora nenhuma indicação para a sua existência, e todos os dados experimentais disponíveis podem ser bem explicados pela formação das estruturas quasicristalinas propostas. Quasicristais foram descobertos há cerca de 25 anos (7,8) e são mais comumente encontrados em ligas metálicas binárias e ternárias (9), e recentemente também em misturas binárias de nanopartículas (10). Eles também foram descobertos em materiais macios tais como dendrons de poliéter (11) e copolímeros em estrela terblock (12, 13). Este relatório descreve quasicristais que são espontaneamente formados por auto-montagem em soluções coloidais. Como são quasicristais de um componente de base aquosa, são sistemas fisicamente e quimicamente muito simples. Quasicristais com simetria de difração de 18 vezes não foram reportados para qualquer material. A existência de quasicristais coloidais tem sido teoricamente prevista para colóides com potenciais de interação suave (14). Prevê-se que eles sejam estáveis ​​a baixas temperaturas em uma faixa de concentrações entre o estado desordenado e cristais compactos de tipo fcc ou hcp, o que está de acordo com nossas observações experimentais. A estabilidade foi traçada a uma competição entre a eficiência de empacotamento, favorecendo o cristal fcc ou hcp ea coordenação vizinha mais próxima, favorecendo a ordem quasicristalina. Lifshitz e Diamant (15) explicaram a estabilidade de quasicristais macios de um componente com a existência de duas escalas de comprimento natural, juntamente com a presença de interações de três corpos. As micelas de copolímero em bloco exibem um potencial de interacção suave, são caracterizadas inerentemente por duas escalas de comprimento, isto é, as dimensões do núcleo micelar e da concha micelar (ver Fig. 5A) e apresentam interpenetração de cadeias poliméricas em conchas adjacentes que produzem interacções entre três corpos significativo. Representam assim um sistema modelo ideal para desenvolver uma compreensão teórica da estrutura e da estabilidade quasicristalinas. A incomum simetria de quasicristais tem sido explorada nos últimos anos para a fabricação de matrizes de faixas fotônicas (16, 17). Devido à sua elevada simetria, as estruturas bidimensionais quasiperíodicas induzem e alargam a fenda fotónica, evitando que a luz dentro de uma gama de comprimentos de onda se propague em qualquer direcção. Para produzir quasicristais fotônicos, técnicas de litografia de feixe de elétrons elaboradas são usadas atualmente. Como quasicristais coloidais são à base de água, isso abre o caminho para usar estabelecido coloidal auto-montagem húmida química rotas para gerar fotônica quasicristais (18). Materiais e Métodos Síntese de Polímeros e Preparação de Amostras. O PI-PEO foi sintetizado por polimerização aniónica viva sequencial de isopreno e óxido de etileno em THF (19). Para o presente estudo, três amostras foram sintetizadas e investigadas: PI 30-PEO 125. PI 30-PEO 120. E PI 32-PEO 120. Onde os índices indicam os graus de polimerização. Os graus de polimerização e polidispersidade foram determinados por espectrometria de massa MALDI-TOF, cromatografia de exclusão de tamanho (clorofórmio) e RMN de 1H. As polidispersidades Mw / Mn foram lt 1,08. The samples were prepared by directly dissolving the polymers in water for the SAXS measurements and in D 2 O for the SANS measurements. Small-Angle Neutron Scattering. The experiments were performed at the instrument D11 at the Institut LaueLangevin. The neutron wavelength was 0.6 nm with / 9. Data were collected with a 3 He-filled area detector of overall size 96 cm 96 cm with a spatial resolution 0.75 cm 0.75 cm per detection element. The sample-to-detector distance was 5.0 m. The collimation distance was 20.5 m, and a 0.3-mm slit was used as the sample aperture to maximize real space and reciprocal space resolution. Details of the instrumentation and data reduction can be found elsewhere (20 ). The sample (10 mL) was filled into a quartz shear cell consisting of a stationary outer cup with temperature control and a rotating inner cylinder (Searle geometry) with a 1.0-mm gap, set up in a Bohlin CVO stress-controlled rheometer. The sample stage with the rheometer could be translated to capture all beam positions from the radial to the tangential position and with the neutron beam hitting the sample perpendicular with respect to the axis of rotation. The quartz cell was thermostated at temperatures of 15, 20, 25, and 30 C. The samples were shear-oriented by oscillating shear at amplitudes of 0.51 and frequencies of 520 s -1. The structure and orientational state of the shear-oriented samples were stable in time after cessation of shear. Small-Angle X-Ray Scattering. Synchrotron SAXS experiments were performed at the BW4-beamline HASYLAB/DESY. The beamlines were equipped with either a two-dimensional CCD detector (MAR Research) or a Pilatus 100-k detector and operated at a wavelength of 0.138 nm. The sample-detector distance was varied between 1.25 and 2.10 m for optimum coverage of the q range, with a moderately focused microbeam of 20 m 40 m (vertical horizontal) diameter (21 ). The rotating anode setup consists of a rotating Cu anode, a Gbel mirror, and image plate detectors (Fuji) with a sample-detector distance of 1.00 m. The beam diameter was 1.0 mm. The sample was shear-oriented using a Linkam rheometer with plateplate geometry and a gap of 0.3 mm using oscillating shear at amplitudes of 0.51.0 and frequencies between 520 s -1. Calculation of Diffraction Patterns. The diffraction patterns were calculated from the coordinates of the micelles in the tiling models in Fig. 3 C and D according to with typically a number of N gt 1,000 micelles. Footnotes 1 To whom correspondence should be addressed. E-mail: stephan. foerster uni-bayreuth. de. Author contributions: S. Forster designed research S. Fischer, A. E. and K. Z. performed research J. P. and P. L. contributed new reagents/analytic tools S. D. W. S. and S. Forster analyzed data and S. Forster wrote the paper. The authors declare no conflict of interest. This article is a PNAS Direct Submission. Sintering improved porous palladium nanoparticle membrane self-assembled at water/pentanol interface for nonenzymatic glucose sensor Xiaojing Yu a , Lina Zhuang a , Shengchun Yang a. B. . , Zhimao Yang a. B. . , Xiaoping Song a. b , Bingjun Ding a. b a MOE Key Laboratory for Non-equilibrium Synthesis and Modulation of Condensed Matter, School of Science, Xirsquoan Jiaotong University, Shaan Xi 710049, Peoples Republic of China b State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xirsquoan Jiaotong University, Shaan Xi 710049, Peoples Republic of China Received 19 August 2010, Revised 7 September 2010, Accepted 9 September 2010, Available online 17 September 2010Abstract Palladium membrane with porous structure was synthesized through self-assembly of Pd nanoparticles (NPs) at the interface between water and pentanol under ambient condition. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) images revealed that the as-synthesized Pd membrane presented nano-network structure with very high porosity. The porous Pd membrane exhibited well electrocatalytic activity and high sensitivity toward nonenzymatic glucose oxidation. It might have a promising outlook in the applications for glucose sensor due to its facility in preparation and well properties. Graphical abstract Research highlights 3D structured Pd nano-networks with very high porosity can be obtained by interface self-assembly. Porosity can be well controlled by changing Pd concentrations. The membrane exhibited well electrocatalytic activity and high sensitivity toward nonenzymatic glucose oxidation. Keywords Self-assembly Palladium membrane Glucose sensor Corresponding author at: State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xirsquoan Jiaotong University, Shaan Xi 710049, Peoples Republic of China. Tel. 86 29 82663034 fax: 86 29 82665995. Co-corresponding author. Copyright copy 2010 Elsevier B. V. All rights reserved. Science and Technology of Interfaces, International Symposium in Honor of Dr. Bhakta Rath Nanostructures and Materials Challenging Some Free-Energy Reduction Criteria for Grain Growth 3 S. G Srinivasan and J. W. Cahn Interfaces and Surfaces in Nanostructured Materials 15 G. Lopez-Laurrabaquio, J. L. Rodriguez-Lopez, J. M. Montejano-Carrizales and M. Jose-Yacaman Mechanical Alloying in Nanostructured Fe-Zn Binary System 21 F. Zhou, Y. T. Chouand E. J. Lavernia Interfaces in Zr Based Nanocrystals and Combustion Synthesized Ti Aluminide 33 G. K Dey Structure and Properties of Nanostructured Magnetic Films Prepared by Electroless and Sputter Depositions 45 G. M. Chow Surface Relief Effects as Evidence for Coherency of Interphase Boundaries 57 H. I. Aaronson Thermodynamics of Interfaces in Mechanically Alloyed Metals 67 H. K.D. H. Bhadeshia Multicomponent Diffusion at Zero-Flux Planes 75 M. E. Glicksman andA. O. Lupulescu Effect of Irradiation-Induced Interfaces on Thin Film Stability 87 P. M. Ossi Interface Diffusion, Energies and Solute Segregations in Materials: A Unified Approach 99 D. Gupta The Role of Interfaces on Mechanical Behavior of Titanium Alloys 113 B. W. Neuberger andS. Ankem Reevaluation of the Environmental Effects at the Crack Tip-Metal Interfaces 131 K. Sadananda, R. L. Holtz and A. K. Vasudevan Hot Ductility in Titanium Alloys-A Review 141 M. A. Imam, B. K. Damkroger and G. R. Edwards A New Mechanism for Superplasticity 155 J. C.M. Li Crystallization Behavior ofa Melt-Spun Alg6Ni9Mm5 Alloy 171 S. J. Hong, H. S. Kim, C. Suryanarayana and B. S. Chun Modelling ofDie-Workpiece Interface During Hot Forging 183 K. Kannan, M. Pandheeradi, S. P. Vaze, S. R. Schmid and W. R.D. Wilson Dislocation and Interfaces Utility of the Plasmon Theory of Surface and Interfacial Energies 197 J. J. Gilman The Nature of Interfacial Processes in Friction and Wear 207 D. Kuhlmann-Wilsdorf Elastic Interactions of Point Defects with Imperfect Interfaces in Coated Semi-Infinite Solids 219 KY. Yu An Informatics Approach to Interface Characterization: Establishing a Materials by Design Paradigm 231 K. 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