[논문 리뷰] 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)|2016. 05. 08.

Pickering emulsions and particle stabilization참고 문헌 47인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 펄스 가열 조건에서 은 및 금-은 질산염 시스템에서 콜로이드 입자의 형성 역학을 조사하여, 탄성 및 연성 전자 상태 전이가 입자 형태에 지배적임을 밝혀냈다. 입자들이 광자 조사에 의해 특정 방향을 가진 연성 변형 입자들이 2차원 격자 또는 원소 구조로 조직화됨을 보여주며, 금속 콜로이드에서 나노스케일 구조를 제어할 수 있는 새로운 길을 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 펄스 가열 중 금속 콜로이드의 형성과 형태 진화에 있어 전자 상태 역학—탄성 및 연성—의 역할을 이해하는 것.
• 펄스 켜짐/꺼짐 비율을 변화시켰을 때 은 및 금-은 질산염 시스템에서 입자 크기, 기하학적 형태, 구조적 계층이 어떻게 영향을 받는지 조사하는 것.
• 특정 방향을 가진 전자적으로 변형된 입자들에 대한 광자 전파의 영향을 규명하여 2차원 격자 또는 원소 구조 형성 원인을 밝히는 것.
• 통제된 전자 자극 및 탈자극 과정을 통해 금속 콜로이드에서 나노스케일 기하학적 구조를 조작하기 위한 프레임워크 수립

제안 방법

• 고정된 펄스 꺼짐/켜짐 비율을 유지하면서 은 질산염 및 염화Au산-은 질산염 이중 용액에 펄스 가열을 적용하여 局부 가열과 입자 핵형성을 유도하였다.
• 콜로이드 입자의 형성이 공기-용액 계면에서 관찰되었으며, 형태 분석 결과 염화Au산 시스템에서는 마름모꼴 기하학적 형태가, 이중 조성에서는 비정형 형태가 나타났다.
• 원자 결합의 탄성(역행 가능) 및 연성(역행 불가능) 변형 기반으로 전자 상태 역학을 분석하였으며, 전자 빔 충격을 통해 입자를 늘여 구조적 안정성을 평가하였다.
• 광자 조사가 다양한 정도의 연성 전자 상태 늘림을 가진 입자에 미치는 영향을 연구하기 위해 광자 조사를 적용하였으며, 특히 방향성에 따라 구조 재조직화를 중점적으로 분석하였다.
• 광자 영향 하에서의 격자 형성 및 원소 전환 동역학을 포함한 상전이 역학을 모니터링하여 구조 진화를 관찰하였다.
• 특히 광자 전파 효과와 관련하여 전자 자극 및 탈자극 수준과 입자 기하학 및 안정성 간의 상관관계를 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 탄성 및 연성 전자 상태 전이가 펄스 가열 중 콜로이드 입자의 형태 및 구조적 계층에 미치는 영향는 무엇인가?
• RQ2 연성 변형 전자 상태의 방향성이 콜로이드 입자가 광자 조사에 반응하는 방식에 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 왜 염화Au산 용액은 동일한 가공 조건에서 마름모꼴 입자만 형성하는가?
• RQ4 전파되는 광자가 연성 변형 콜로이드 입자에서 2차원 격자 또는 원소 구조 형성에 기여하는 조건은 무엇인가?
• RQ5 상전이 과정 중 전자 자극과 탈자극의 균형이 콜로이드 격자 안정성 또는 불안정성에 어떻게 영향을 주는가?

주요 결과

• 마름모꼴 콜로이드 입자는 펄스 가열 조건에서 염화Au산 용액에서만 형성되었으며, 전자 상태 역학에 대한 고유한 구조적 반응임을 시사한다.
• 염화Au산과 은 질산염의 이중 조성은 공기-용액 계면에서 비정형 형태의 입자를 생성하였으며, 동일한 가공 조건에서도 기하학적 제어가 떨어짐을 나타낸다.
• 탄성 전자 상태에 의해 유도된 입자들은 다양한 수준의 전자 자극 및 탈자극을 통해 안정화되어 격자 구조의 무결성을 유지한다.
• 전자 빔 충격에 의해 늘어난 입자들 중 전자 상태의 연성 변형이 특정 방향을 가지지 않은 입자들은 광자 전파 영향을 받지 않았다.
• 특정 방향을 가진 연성 전자 상태를 가진 입자들은 광자 조사 시 2차원 격자로 재조직화되었으며, 이는 방향성에 따른 구조적 반응임을 나타낸다.
• 높은 정도의 연성 전자 상태 늘림과 함께 특정 방향성이 확보된 경우 광자는 전자 구조를 원소 형태로 변형시켰으며, 이는 나노동소성 전환의 길을 제시한다.