[論文レビュー] Dynamics of colloidal particles formation in processing different precursors-elastically and plastically driven electronic states of atoms in lattice

Mubarak Ali, I‐Nan Lin|arXiv (Cornell University)|May 8, 2016

Pickering emulsions and particle stabilization参考文献 47被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、パルス加熱下における銀およびゴールド-硝酸銀系のコロイド粒子形成のダイナミクスを調査し、弾性および塑性の電子状態遷移が粒子の形状を支配することを明らかにした。光子照射により、特定の配向を持つ塑性変形粒子が2次元格子や元素構造へと組織化されることを示し、金属コロイドにおけるナノスケール構造を制御する新たな道筋を提供する。

ABSTRACT

Metallic colloids are frequently used in industry and provide understanding of science at micro-level to sub-micro-level along with their usage in various technological important applications. Present investigations deal with several structural hierarchies in a newly designed process and tap opportunities of nanoscale geometric structure under arisen dynamics while heating locally. On processing silver nitrate and binary composition of chloroauric acid and silver nitrate solutions under fixed ratio of pulse OFF to ON time, tiny particles of silver and binary composition having largely no specific geometry are formed at air-solution interface, while processing of chloroauric acid solution a large number of tiny particles are formed in rhombus-shaped geometry. Atoms bind in tiny particles under elastically driven electronic states and stabilize the lattice through varying levels of electronic excitations and de-excitations. Impinging electron streams 2 stretch the tiny particles; those tiny particles where stretching of plastically driven electronic states of atoms has no specific orientation propagating photons do not influence their electronic structures. On the other hand, those tiny particles where stretching of plastically driven electronic states of atoms is less and has specific orientation, propagating photons configure such tiny particles into two-dimensional lattice and where stretching of plastically driven electronic states of atoms is more and has specific orientation, propagating photons transform such electronic structures into elements. Dynamics of different morphological evolution and structural deformations in phase transformation of metallic colloids and their binary composition are discussed in this paper, which open abundant avenues to manipulate structure, thus, addressing fundamental and technologically important issues in condensed-matter physics.

研究の動機と目的

• パルス加熱下における金属コロイドの形成および形態的進化に及ぼす電子状態ダイナミクス（弾性および塑性）の役割を理解すること。
• パルスのON/OFF比を変化させた場合の粒子サイズ、幾何学的形状、構造階層への影響を、銀およびゴールド-硝酸銀系において調査すること。
• 特定の配向を持つ電子的に歪んだ粒子に対する光子伝播の影響を特定し、2次元格子または元素構造の形成を引き起こす仕組みを解明すること。
• 制御された電子励起および非励起プロセスを通じて、金属コロイドにおけるナノスケール幾何学的構造を操作するフレームワークを確立すること。

提案手法

• パルスOFFとONの時間比を固定した条件下で、硝酸銀および塩酸金酸-硝酸銀二成分系溶液にパルス加熱を適用し、局所的加熱と粒子核生成を誘発した。
• コロイド粒子の形成は気液界面で観察され、形態解析により塩酸金酸系では菱形形状、二成分系では不規則な形状が得られた。
• 原子結合の弾性（可逆的）および塑性（不可逆的）変形に基づき、電子ビーム衝突を用いて粒子を引き伸ばし、構造的安定性を評価することで、電子状態ダイナミクスを分析した。
• 光子照射の効果を評価するため、異なる塑性電子状態の引き伸ばし度合いを有する粒子を対象とし、配向依存的な構造再組織化に注目した。
• 相転移ダイナミクスをモニタリングし、光子影響下における格子形成および元素変換を含めた構造的進化を分析した。
• 特に光子伝播効果に関連して、電子励起および非励起レベルと粒子の幾何学的形状および安定性の相関関係を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パルス加熱下における弾性および塑性の電子状態遷移は、コロイド粒子の形状および構造階層にどのように影響を与えるか？
• RQ2 塑性変形した電子状態の配向は、コロイド粒子が光子照射に反応する際の役割をどのように果たすか？
• RQ3 同じ処理条件下で塩酸金酸溶液は菱形形状の粒子を生成するが、二成分系は不規則な形状の粒子を生成するのはなぜか？
• RQ4 どのようにして進行する光子が、塑性変形したコロイド粒子において2次元格子または元素構造を誘発するか？
• RQ5 電子励起と非励起のバランスは、相転移過程におけるコロイド格子の安定化または不安定化にどのように寄与するか？

主な発見

• パルス加熱下で塩酸金酸系溶液にのみ菱形形状のコロイド粒子が形成され、電子状態ダイナミクスに対する特異な構造的応答を示した。
• 塩酸金酸と硝酸銀の二成分系は、気液界面で不規則な形状の粒子を生成したが、同じ処理条件下でも幾何学的制御性が低いことが示された。
• 弾性的に駆動される電子状態で形成された粒子は、電子励起および非励起の度合いに応じて安定化し、格子の完全性を維持した。
• 電子ビーム衝突による引き伸ばしでは、粒子が引き伸ばされたが、特定の配向を持たない塑性的駆動電子状態の粒子は、光子伝播の影響を受けなかった。
• 特定の配向を持つ塑性的駆動電子状態の粒子は、光子照射により2次元格子へ再組織化された。これは、配向依存的な構造的応答を示している。
• 塑性的駆動電子状態の引き伸ばしが強く、かつ配向特異性がある場合、光子は電子構造を元素的形態に変換した。これはナノ同素体への道筋を示唆する。