Исследование микроструктуры аустенитной нержавеющей стали с помощью детектора прошедших электронов TESCAN

Основными преимуществами сталей аустенитного класса являются их высокие служебные характеристики (прочность, пластичность, коррозионная стойкость в большинстве рабочих сред) и хорошая технологичность. Поэтому аустенитные коррозионностойкие стали нашли широкое применение в качестве конструкционного материала в различных отраслях машиностроения.

Свойства стали определяются ее внутренней микроструктурой и дефектами кристаллической решетки. В настоящее время для металлографического исследования структуры широко применяются методы электронной микроскопии наряду с более традиционными методами анализа с помощью оптического микроскопа. Использование просвечивающего электронного микроскопа (TEM – transmission electron microscope) позволяет определять плотность дислокаций, дислокационных петель, анализировать выделения вторичных фаз и визуализировать поры и другие дефекты.

Такие исследования проводятся как для определения механических свойств новых сплавов, так и для оценки радиационной стойкости различных материалов.

Большинство современных просвечивающих микроскопов имеют возможность работать в режиме STEM (scanning TEM), в котором пучок электронов фокусируется в точку, которая перемещается по поверхности образца как точно так же, как это происходит в сканирующем электронном микроскопе. Высокое пространственное разрешение на просвечивающих сканирующих электронных микроскопах достигается за счет подготовки сверхтонких срезов материала и хорошо сфокусированного пучка электронов. Стандартный образец для просвечивающей микроскопии представляет собой диск исследуемого материала диаметром 3.05 мм, утоненного в середине химическим или ионным путём. В некоторых случаях для TEM применяются металлические сетки с плёнкой- подложкой на которых размещаются исследуемые материалы.

Для работы с такими образцами компания TESCAN предлагает детектор прошедших электронов, реализующий режим сканирующей просвечивающей электронной микроскопии на микроскопах серий VEGA, MIRA, LYRA и VELA.

Детектор прошедших электронов устанавливается на столик микроскопа и регистрирует прошедшие через образец электроны. Изображение в светлом поле формируется датчиком, расположенным непосредственно под образцом, а изображение в темном поле складывается из сигналов двух датчиков, расположенных в стороне от оптической оси. Изображение в светлом поле эквивалентно изображению, получаемому в режиме светлого поля STEM, а изображение в темном поле может давать ориентационный контраст.

На изображении выше показан участок образца аустенитной нержавеющей стали после ее деформации, полученный с помощью детектора прошедших электронов в режиме светлого поля, установленного на микроскоп Mira LMU. Темные линии вдоль картинки показывают границы отдельных зерен, а сетка мелких линий показывает дислокации, возникающие в образце в результате его деформации. Кроме этого детектор TE позволяет наблюдать и другие дефекты, такие как поры и выделения вторичных фаз.

При выборе детектора TE как основного метода исследования структуры стали следует особое внимание уделять подготовке образцов.

В связи с тем, что ускоряющее напряжение сканирующего микроскопа ограничено 30 кВ, для получения изображений высокого разрешения требуется получать достаточно тонкие образцы стали, и в некоторых случаях это может приводить к дефектам пробоподготовки, как это произошло с образцом на картинке ниже. Детектор TE обладает высокой чувствительностью, достаточной для комфортной работы на микроскопах серии Vega при токах пучка несколько пА., с возможностью исследования объектов размерами от нескольких нанометров.

Рекомендуемая минимальная конфигурация и технические характеристики

Сканирующий электронный микроскоп TESCAN Vega 3 SBH	Разрешение при 30кВ	3 нм
	Детекторы	SE, BSE
	Ускоряющее напряжение	от 200 В до 30 кВ
	Ток пучка	От 1 пА до 2 мкА
	Тип столика	моторизованный по 3 осям
Детектор TE	Режим работы	Светлое поле (BF), темное поле (DF)
	Достижимое разрешение	3,5 нм (серия Vega)
	Управление	Интегрировано в ПО микроскопа

 

Физики выстроили поляритоны в кристаллическую решетку

Международная команда ученых получила аналог кристаллической решетки твердого тела из гибридных фотон-электронных квазичастиц – поляритонов.  В созданной поляритонной решетке удалось реализовать состояния, при которых энергия частицы не зависит от скорости. При этом геометрию решетки, концентрацию частиц и поляризационные свойства можно регулировать. Это открывает новые перспективы для изучения квантовых эффектов и реализации оптических вычислений. Результаты опубликованы в

Physical Review Letters.

В основе твердого тела лежит кристаллическая решетка, образованная ядрами атомов. Геометрия решетки способна влиять на зависимость энергии частицы от скорости. В зависимости от геометрии кристаллические решетки подразделяются на множество видов. Существуют такие разновидности решетки, например, решетка Либа, где связь между энергией и скоростью частицы пропадает. Такие состояния частиц в решетке называются плоскими зонами. В них с формальной точки зрения частица имеет бесконечную эффективную массу.

Плоские зоны представляют большой интерес для фундаментальной науки.

Они используются для изучения сверхпроводников, ферромагнетиков и других квантовых фаз. Подобные квантовые фазы можно наблюдать и для фотонов –  элементарных частиц света. При этом необходимо создать искусственный фотонный аналог твердого тела: так называемый фотонный кристалл, геометрию которого можно регулировать. В таких условиях наблюдать различные квантовые свойства частиц и управлять ими гораздо проще.

Физики из Университета ИТМО и Университета Шеффилд смогли создать фотонный аналог кристаллической решетки Либа и убедились, что квантовые эффекты в фотонной структуре действительно выражены ярче.

Электронная микрофотография полученной поляритонной решетки

«Строго говоря, мы имели дело не совсем с фотонами, а с поляритонами, – объясняет Дмитрий Крыжановский, старший научный сотрудник Университета ИТМО и профессор университета Шеффилда. –  Это гибридное состояние возникает, когда возбужденный электрон смешивается с фотоном.

Такие гибридные частицы начинают взаимодействовать друг с другом, как электроны в твердом теле. Мы получили кристаллическую решетку из поляритонов и исследовали их новые свойства. Теперь мы знаем, как поляритоны конденсируются в плоских зонах, как их взаимодействие нарушает симметрию излучения, как изменяются спиновые или поляризационные свойства».

Поляритоны позволяют долгое время экспериментально наблюдать вращение спина, легко контролировать концентрацию частиц в решетке, то есть обеспечивают больше возможностей для прецизионного управления системой.

«С фундаментальной точки зрения это интересно тем, что мы можем получить больше разнообразных фаз и эффектов, не поддающихся изучению в стандартных решетках, – комментирует Иван Шелых, руководитель Международной лаборатории фотопроцессов в мезоскопических системах Университета ИТМО. –

На практике поляризация может служить элементом хранения информации. Все вычисления строятся на двухуровневой системе. Есть 0 и 1, и для реализации оптических вычислений нам нужны состояния, которые им соответствуют. Поляризация, право- и левоциркулярная с целым рядом промежуточных комбинаций – идеальный кандидат для обработки информации на квантовом уровне».

В создание и изучение поляритонной кристаллческой решетки большой вклад внесли ученые Университета Шеффилда. Профессор этого университета Морис Сколник руководит мегагрантом по изучению гибридных состояний света вместе с Иваном Шелых.

Иван Шелых

«Экспериментальную работу мы проводили в Шеффилде, а за теоретическое моделирование и анализ результатов отвечала команда Университета ИТМО, – рассказывает Иван. – Мне кажется, это хороший пример того, как должна выглядеть наука. Результаты эксперимента, опубликованные без интерпретации сложно понять; голую теорию с нереалистичными параметрами тяжело применить на практике.

А нам удается сочетать эксперимент с теорией. Мы планируем и дальше работать в таком ключе. Наша ближайшая цель – получить и исследовать краевые топологические состояния в такой решетке».

Статья: Exciton Polaritons in a Two-Dimensional Lieb Lattice with Spin-Orbit Coupling. C. E. Whittaker et al. Physical Review Letters, Mar. 2, 2018.

Перейти к содержанию

Ученые создали кристалл в 58 раз прочнее алмаза

В природе лонсдейлит встречается крайне редко: до сих пор его находили только в кратерах метеоритов, где он образовался во время столкновения космического «гостя» с поверхностью Земли.

Алмазная наковальня, с помощью которой удалось получить сверхпрочный кристалл. Фото: Scientific Reports
Международная группа ученых получила в лаборатории минерал лонсдейлит — аллотропную модификацию углерода, которая благодаря особенностям строения кристаллической решетки выдерживает в десятки раз большее давление, чем обычный алмаз, – передает «Популярная Механика» со ссылкой на Scientific Reports.
В природе лонсдейлит встречается крайне редко: до сих пор его находили только в кратерах метеоритов, где он образовался во время столкновения космического «гостя» с поверхностью Земли. Нужное для образование лонсдейлита титаническое давление и температуру удалось получить в лаборатории в 2004 году. Тогда ученым понадобилась температура в 1000 °C и давление в 128000 атмосфер. Последующие эксперименты ненамного снизили технические требования к процессу: чтобы получить крошечные кристаллы лонсдейлита, приходилось разогревать установку не меньше чем до 800 °C.

В оболочке из рутения на схеме показаны алмаз и лонсдейлит, полученные при 400 °C. Фото: Thomas. B. Shiell et al. / Scientific Reports
Кристаллическая решетка алмаза состоит из кубов; у лонсдейлита же в основе лежат шестигранники. Давление иначе распределяется между атомами, лежащими в узлах шестигранника, и структура оказывается (по расчетам) почти в 60 раз прочнее алмаза. Лонсдейлит может сослужить хорошую службу везде, где приходится иметь дело с очень твердыми и неподатливыми материалами — например, в горно-добывающей промышленности.

Алмаз и лонсдейлит под электронным микроскопом. Фото: Thomas. B. Shiell et al. / Scientific Reports
Лонсдейлит, который получился у Джоди Брэдби и ее коллег на этот раз, потребовал вдвое меньшей температуры. Нагретые всего до 400 градусов алмазные наковальни, между которыми был зажат специально подготовленный графит, плотно прижали друг к другу. На выходе получился кристалл, имеющий в центре кубическую кристаллическую решетку, а по краям — гексагональную.

Источник: Сегодня.ua

Топологическая структура указала на жизнеспособность цеолитов

Минералы из группы цеолитов — это своего рода природные губки с микроскопическими порами, размеры которых сравнимы с размерами отдельных небольших молекул. Из-за этого цеолиты очень хорошо работают в качестве фильтров: в самом деле, размер микроскопических пор можно подобрать таким образом, чтобы молекулы воды или другой интересующей жидкости свободно проходили сквозь материал, а более крупные молекулы примесей застревали и задерживались.

С другой стороны, цеолиты также можно использовать в качестве эффективного абсорбента, заставляя их удерживать молекулы внутри кристаллических ячеек. Благодаря своим особым свойствам цеолиты широко применяются в промышленности и быту — например, их можно найти в водном фильтре или в наполнителе кошачьего туалета. Многие научные центры занимаются исключительно разработкой новых цеолитоподобных материалов.

Кристаллическая структура цеолитов образована тетраэдрическими группами, которые возникают вокруг атомов кремния, алюминия или других элементов и связываются общими вершинами в трехмерный каркас. Такие элементарные ячейки напоминают атомы углерода, и, подобно углероду, топологическая структура цеолитов отличается большим разнообразием. На данный момент ученым известно более миллиона энергетически устойчивых цеолитных структур — то есть таких структур, энергия которых увеличивается при отклонении атомов от положения равновесия. Тем не менее, большинство из этих структур в реальности не существуют — из всего многообразия цеолитов в природе встречается всего 40 минералов, а еще около двухсот было синтезировано в лаборатории. Чтобы объяснить такое расхождение, ученые разработали множество различных критериев, которые предсказывают, насколько успешно можно синтезировать заданную цеолитную структуру, однако большинство из них оказались бесполезными. Интересно, что все такие критерии рассматривали только термодинамическую стабильность структур (то есть отталкивались от их энергии).

Недавно группа исследователей под руководством Владислава Блатова предложила новый способ определять жизнеспособность кристаллической структуры, полагающийся не только на ее устойчивость, но и на «удобство сборки». Другими словами, написанная учеными программа моделирует поликонденсацию цеолита из «строительных единиц», или плиток (tiles), — наборов атомов, которые не содержат общих тетраэдральных атомов, но из которых можно полностью построить конечную кристаллическую структуру. Центры таких плиток образуют так называемую осно́вную сеть (underlying net), форма которой отражает способ их соединения. Ученые предположили, что наиболее предпочтительными для синтеза будут такие структуры, топология которых сильнее всего напоминает топологию реально существующих цеолитов, и выбрали это условие в качестве основного критерия для оценки «жизнеспособности» соединения. Грубо говоря, такие структуры быстрее и проще всего собираются из «строительных единиц», а потому с большей вероятностью возникают в качестве конечных продуктов синтеза.

Фото: получение осно́вной сети из кристаллической решетки. Источник: E. Kuznetsova et al. / Chem. Mater.

В новой статье та же группа ученых применила этот метод, чтобы оценить «жизнеспособность» найденных ранее кристаллических структур. Для этого они проанализировали с помощью своей программы две базы данных, в каждой из которых содержалось около трехсот тысяч примеров цеолитных структур. Сходство с уже синтезированными цеолитами ученые оценивали с помощью шести характерных параметров: числа тетраэдральных атомов на ячейку (которое должно быть меньше 25), формы локального окружения ячейки, формы ее конфигурационной картины, числа связей ячейки с соседями, числа соседей и топологической структуры осно́вной сети. Конфигурационную картину ячейки можно получить, соединив центры ее соседей. Авторы замечают, что точно сказать, как эти характеристики сказываются на «удобстве сборки» структуры, очень сложно, однако сходство с уже синтезированными структурами служит хорошим аргументом в пользу их «жизнеспособности».

В результате из шестисот тысяч рассмотренных структур исследователи отобрали 49 наиболее перспективных и указали, какие именно компоненты нужно включить в состав реакции, чтобы их получить. Таким образом, предложенный метод позволяет очень эффективно отбраковать кандидатов для последующей экспериментальной проверки и сжать огромные базы гипотетических структур. Кроме того, авторы утверждают, что с помощью этого способа также можно искать новые структуры, которые изначально будут хорошо подходить для синтеза. 

В ноябре прошлого года химики из Испании и США синтезировали цеолитный материал, который хорошо пропускает молекулы этилена, но задерживает молекулы этана — это позволяет эффективно очищать этилен от ненужных органических примесей. Также мы писали о том, как цеолиты помогают очистить воду от хлористых примесей или отфильтровать из крови человека продукты метаболизма.  

Кристаллические решетки. (8 класс) — online presentation

Химия 8 класс
Автор: Ширяева Екатерина Константиновна,
учитель химии МБОУ «СОШ №31» п. Восток
Красноармейского муниципального района
Приморского края
Распределите вещества
на 2 группы
Шоколад
Стекло
Горный хрусталь
Сера
Алмаз
Жевательная резинка
Поваренная соль
Пластилин
Классификация веществ
1.Правильное
Сера
расположение частиц,
Алмаз
образующих
кристаллическую
Горный хрусталь
решетку
Поваренная
соль
2.Строго
определенные
Тпл и Ткип
Кристаллические
1.Нет
строгого
Стекло
расположения
Шоколад
частиц,
нет
кристаллической
Пластилин
решетки.
Жевательная
2.Нет
четкой
резинка
Тпл и Ткип
Аморфные

4. Кристаллическая решетка

Кристаллическая решётка вещества –
это структура с геометрически упорядоченным
расположением частиц в определённых точках
пространства.
Узлы решетки –точки,
в которых размещены
частицы кристалла.
Атомы
Молекулы
Ионы
Типы кристаллических решеток
1
Ионная
2
Атомная
3
Молекулярная
4
Металлическая

6. Ионная кристаллическая решетка

В узлах решетки – ионы
(К+, Сa2+, SO42-,OH- и др.)
Химическая связь — ионная.
Свойства веществ:
1) высокая твердость,
прочность,
2) хрупкость,
3) тугоплавкость,
4) нелетучесть.
CaO
CaF2
NaOH
CsCl

8. Самые большие кристаллы

• Пещера Куэва де лос Кристалес (Cueva de los
Cristales), в шахте Найка (Naica), расположенная
на юге мексиканского штата Чихуахуа на глубине
300
метров,
знаменита
поражающими
воображение гигантскими кристаллами. Это
нерукотворное чудо создала сама Природа.
Совершенные по форме и огромные по размерам,
эти
кристаллы
действительно
невероятно
прекрасны и пока единственные на планете.
Такие кристаллы весят по 50-60 тонн, и имеют
внушительные размеры до 12 метров в длину.
Кристаллы состоят из прозрачной разновидности
кристаллического гипса — селенита.
Фото

9. Атомная кристаллическая решетка

В узлах решетки — атомы.
Химическая связь ковалентная неполярная,
полярная.
Свойства веществ:
Алмаз
Графит
1) очень высокая твердость,
прочность,
2) очень высокая Тпл.,
3) тугоплавкость,
4) практически нерастворимы.
Оксид кремния SiO2
Бор B
Карбид кремния SiC
Кремний Si

11. Самый большой алмаз

Алмаз «Куллинан» —
самый большой
природный алмаз.
(Южная Африка, 1905 г.,
вес-3106,75 каратов
(621,35 г.).
При огранке его
раскололи на 9 крупных
частей и порядка 100
мелких осколков.
«Куллинан I» или «Великая
Звезда Африки»

12. Самый большой бриллиант

Желто-коричневый
бриллиант (Южная
Африка), под
названием «The
Golden Jubilee»
«Золотой Юбилей» .
Его вес составляет
545,67 карата
(109,13 г).

13. Молекулярная кристаллическая решетка

В узлах решетки молекулы.
Химическая связь ковалентная полярная и
неполярная.
Свойства веществ:
Иод I2
1) малая твердость,
2) низкие Т пл., Т кип.,
3) при комнатной Т
обычно жидкости или
газы,
4) высокая летучесть.
Белый фосфор P4
Сера S
Крахмал (C6h20O5)n

15. Металлическая кристаллическая решетка

В узлах решетки –
атом-ионы.
Химическая связь металлическая.
Свойства веществ:
Натрий Na
Схема металлической связи
1) металлический блеск,
2) электро- и
теплопроводность,
3) ковкость и
пластичность.

16. Типы металлических решеток

Кубическая
Гексагональная
Mg, Zn, Cd, Ti
Объемно-центрированная Гранецентрированная
Fe, Al, Cu, Ni, Pb
Fе, Cr, V, W

17. Закон постоянства состава веществ

Молекулярные химические
соединения независимо
от способа их получения
имеют постоянный
состав и свойства.
Например, состав воды в
атмосфере, Мировом
океане, ледниках и живых
организмах отражает
формула h3O.
Ж.Л. Пруст
1754-1826

18. Определить тип кристаллической решетки

Алмаз С
Сахар С12Н22О11 Кварц SiO2
Шоколад
Аморфное
вещество
Атомная
Молекулярная
Молекулярная
Атомная
Металлическая
Ионная
Углекислый газ Поваренная соль
NaCl
Лед Н2О
Медь Cu

19. Тест Строение вещества

Инструкция
1.Интерактивный тест включает в себя 10
вопросов.
2. Для начала работы перейдите к следующему
слайду.
3.Выберите 1 правильный ответ из предложенных
вариантов и щелкните по нему.
4.При правильном ответе появляется зелёный
,
при неправильном – красный
.
5.Для перехода к следующему вопросу используйте
кнопку
6.По окончании работы подсчитайте количество
набранных баллов.

20. Тест

7.
Верны
ли следующие
следующие суждения
суждения
о веществах
веществах
с молекулярной
ковалентной
1. Верны
ли
о
с
6. Четырёххлористый
углерод
плавится
при
комнатной
3.Вещество
светло-серого
цвета,
пластично,
хорошо
полярной
связью?
кристаллической
решёткой?
0
2)
Понятие
«молекула»
неприменимо
по
отношению
к
температуре,
акристаллической
поваренная соль
— при 800
С. Причина
такого
A.
В
узлах
решётки
находятся
атомы.
A.
Эти
вещества
тугоплавкие.
проводит
тепло
и
электрический
ток.
Его
8.
10.
Наибольшую
Вещества
с
температуру
металлическими
плавления
решётками
имеет
9. Наименьшую
4.том
Молекулярное
температуру
строение
плавления
имеет
имеет
5. в
Немолекулярное
строение
имеет
различия
, чтовещества
кристаллическая
решётка
у этихсвязью
веществ
структурной
единице
вещества:
B.
с высокой
ковалентной
полярной
B.Как
Этиправило,
вещества
обладают
электропроводностью.
кристаллическая
решётка
соответственно
тугоплавки.
Тест
Подсчитайте количество
1)
Хлороформа
Металлическая
Хлорид
Углекислый
калия
газ
1)
Ионная
и
атомная
Верно
1)
h3Oтолько
Серная
кислота
АА
1)1)
Хорошие
проводники
1)
Верно
только
правильных
ответов
электрического тока
Атомная
Йод
Кислород
Кислорода
2)
2)Верно
Молекулярная
2)
Хлорид
только
калия
ББи ионная
2)Графит
2)2)
Верно
только
2) Обладают низкими Т пл.
0 — 5 баллов – оценка «2»
3)
Сера
Азот
3)
3)Оба
Атомная
3)
Оба
Гидроксид
Водород
Алмаза
Ионная
суждения
суждения
и молекулярная
калия
верны
верны
3) Хорошо
растворяются
воде
6 — 7 баллов
– оценка в«3»
4)
4)8
Ионная
Оба
4)
Оба
Молекулярная
Графит
Железо
Озона
суждения
суждения
и молекулярная
неверны
неверны
4)
HCl
Алмаз
-9
баллов
– оценка
«4»
4) Летучие
10 баллов – оценка «5»

21.

Интернет — ресурсы
Изображение структуры поваренной соли
http://www.2i.su/himiya/doch/120.jpg
http://physicon.ru/images/sim13.jpg
Анимация, фуллерен.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3b/Buckminsterfullerene_animate
d.gif/220px-Buckminsterfullerene_animated.gif
Изображение шоколада
http://top55.info/fileadmin/images/top55_news/bk_info_orig_35723_1442219713.jpg
Изображение пластилина
http://woowx.com/uploads/posts/2014-09/1410406150_2491625.png
Изображение стекла
http://svouimirukami.ru/wp-content/uploads/2016/02/14-sm.jpg
Изображение аморфных и кристаллических тел
http://fizmat.by/pic/PHYS/page86/im2.jpg
http://ic.pics.livejournal.com/skubent2_0/61300108/5208/5208_600.jpg
Изображение кристалла алмаза
http://samocvet.net/images/2011/Minerali/A/Lvasiliev.jpg
Изображение кристалла кварца
http://nethouse.ru/static/img/0000/0000/1661/1661837.g67k4omm4r.jpg
Изображение серы
http://www. bisoil.ru/images/sulfur.jpg
http://info-farm.ru/img/014162-7280d2e9bb1ef57596fe246f845f3f81.png
http://gvleontyeva.narod.ru/S8.jpg

22. Интернет — ресурсы

Изображение СsCl, СаСl2
http://maratakm.narod.ru/index3.files/image1062.gif
Изображение алмаза
http://www.3dnews.ru/assets/external/illustrations/2009/05/10/123345.jpg
Изображение графита
http://gold585.online/upload/medialibrary/325/3253d6b18151c78d3ce2e1cf3a709980.jpg
Изображение оксида кремния
http://psoryaz.ru/img/58078bb91e0b6.jpg
Изображение карбида кремния
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8f/Silicon-carbide-3Dballs.png/200px-Silicon-carbide-3D-balls.png
Изображение кремния
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f1/Silicon-unit-cell-3Dballs.png/220px-Silicon-unit-cell-3D-balls.png
Изображение кристаллической решетки
http://fotohood.ru/images/965768_model-molekuly-hlora.jpg
Изображение бора
http://img-fotki. yandex.ru/get/6204/5893809.0/0_789de_f5c4463f_L.jpg
Изображение белого фосфора
http://tropojuiskaniy.ru/wpcontent/uploads/2015/07/%D0%A7%D0%B5%D1%82%D1%8B%D1%80%D0%BD%D0%B0%D0
%B4%D1%86%D0%B0%D1%82%D1%8C.jpg

23. Интернет — ресурсы

Изображение натрия
http://malysham63.ru/img/580245bd414ff.jpg
Изображение молекулярной решетки иода.
http://podmel.ru/kovalentnaya-polyarnaya-svyaze/3468_html_m671256cb.png
Изображение металлической решетки
http://900igr.net/datai/khimija/Kristallicheskie-i-amorfnye-veschestva/0009-010Metallicheskaja-kristallicheskaja-reshetka.png
Изображение. Типы металлических решеток. Анимация
http://twt.mpei.ru/ochkov/TM/lection1/yacheika_OCK.gif
http://twt.mpei.ru/ochkov/TM/lection1/yacheika_GCK.gif
http://twt.mpei.ru/ochkov/TM/lection1/yacheika_GP.gif
http://twt.mpei.ru/ochkov/TM/lection1/yacheika_CUBE.gif
Изображения самых больших кристаллов
http://loveopium.ru/content/2013/10/crystals/02. jpg
http://loveopium.ru/content/2013/10/crystals/05.jpg
http://loveopium.ru/content/2013/10/crystals/07.jpg
http://loveopium.ru/content/2013/10/crystals/09.jpg
Изображение Ж.Л. Пруст
http://ok-t.ru/studopediaru/baza16/3477556844312.files/image055.jpg
Изображение крахмала
http://assets.inhabitat.com/wp-content/blogs.dir/1/files/2012/09/cellulose-ball.jpg

Что такое графен и как он изменит нашу жизнь?

Вокруг графена образовалось немало хайпа — и среди ученых, и среди бизнеса. Но графен так и не стал нашей повседневной реальностью. Почему? Разбираемся вместе с автором YouTube-канала «Индустрия 4.0» Николаем Дубининым

Впервые о графене заговорили в 2004 году, когда Андрей Гейм и Константин Новоселов — британские ученые российского происхождения — опубликовали статью в журнале Science [1]. В ней говорилось о новом материале, который получили с помощью обычного карандаша и скотча. Ученые просто снимали клейкой лентой слой за слоем, пока не дошли до самого тонкого — в один атом. В 2010-м за это их наградили Нобелевской премией. С тех прошло уже десять лет.

Как графен меняет нашу жизнь?

Что такое графен и чем он так уникален?

Углерод — это материал, состоящий из кристаллической решетки, которую образуют шестиугольники атомов. Графен — это один слой решетки толщиной в 1 атом.

Отсюда — его первое уникальное свойство: самый тонкий.

• Графен в 60 раз тоньше мельчайшего из вирусов.
• В 3 тыс. раз тоньше бактерии.
• В 300 тыс. раз тоньше листа бумаги.

Так выглядит структура углерода. Если отделить один из слоев — получим графен

Такую структуру графен приобретает за счет sp2-гибридизации. Дело в том, что на внешней оболочке атома углерода расположены четыре электрона. При sp2-гибридизации три из них вступают в связь с соседними атомами, а четвертый находится в состоянии, которое образовывает энергетические зоны. В результате графен еще и прекрасно проводит электрический ток.

Уникальность графена в том, что он обладает такой же структурой, как и полупроводники, при этом он сам проводит электричество — как проводники. А еще у него высокая подвижность носителей заряда внутри материала. Поэтому графен в фото- и видеотехнике обнаруживает сигналы намного быстрее, чем другие материалы.

Графен обладает хорошей теплопроводностью, гибкостью и упругостью, он на 97% прозрачный. При этом, графен — самый прочный из известных материалов: прочнее стали и алмаза.

Наглядная графика о свойствах графена

Миф о токсичности графена

Влияние графена на человеческий организм до конца не изучено, но и токсичность графена никто не доказал. Единственную опасность представляет графен, который получают путем размешивания графита или углерода в воде: попадая в клетку, такие мельчайшие частицы действительно могут ее убить [2].

Однако сейчас в биоэлектронике используют другой способ получения графена — путем химического осаждения из газовой фазы. Частицы получаются достаточно крупными. Потом их закрепляют на подложке, и проникнуть сквозь клеточную мембрану они уже не могут.

Где уже используют графен?

Сейчас графен успешно применяют в электронике. Самый массовый продукт — это пауэрбанк [3]: производители обещают, что сам он заряжается за 20 минут, а топовый смартфон заряжает наполовину за полчаса.

Существуют также графеновые куртки и платья. Последние, в частности, оснащены светодиодами [4], которые реагируют на дыхание и температуру тела, меняя цвет.

Теннисные ракетки с графеном весят до 300 грамм меньше, чем обычные, при той же силе удара.

Наконец, машинное масло с графеном призвано снизить износ двигателя.

Где можно применять графен в будущем?

Есть и еще одно свойство графена: он биосовместим, то есть взаимодействует с живыми клетками. Ученые обещают, что материал поможет диагностировать и лечить рак [5]. Это делают с помощью чипа с графеном, который придает повышенную чувствительность. На поверхность чипа высаживают раковые клетки и тестируют на них различные лекарства.

Такие чипы можно использовать и для тестирования других лекарств, а также — определения биомаркеров: иммуноглобулина, ДНК, нейрональных биорецепторов.

Из графена также планируют делать дешевые солнечные батареи, опресняющие устройства для морской воды, гибкие дисплеи, сверхпрочные бронежилеты, сверхчувствительные микропроцессоры, элементы для беспилотников и космических ракет, телефоны с бесконечной зарядкой и умную одежду.

Для России самым перспективным применением графена могут стать нефте- и газодобыча. На основе графена делают жидкости, которые позволят управлять толщиной и свойствами фильтрационной корки буровых растворов. А еще можно делать полимерные трубы и покрытия для нефте- и газопроводов с применением графена.

Графеновый бум

За 7 лет после вручения премии вышло больше 130 тыс. научных работ, посвященных графену и его свойствам. Доля таких исследований среди всех остальных выросла с 0,2% в 2010 году до 1% в 2016-м.

Профессор Катарина Паукнер в Будапеште, 2016 год

Исследователь Прабхурадж Балакришнан в Лондоне, 2017 год

Доктор Хан Лин в Мельбурне, 2019 год

В научном сообществе тестирование свойств графена стало почти мемом. Доходит до того, что в графен добавляют куриный помет, чтобы проверить, как это отразится на его качествах [6].

Всего в мире зарегистрировано более 50 тыс. патентных заявок с упоминанием графена. Больше половины из них принадлежит Китаю, следом идут Южная Корея, США, Япония и Тайвань.

В Китае исследованиями занимаются государственные вузы. В 2013 году здесь создали Инновационный альянс графеновой промышленности, который пророчит Китаю в этой сфере долю в 80% от общемировой.

В остальных странах в графен активно вкладываются коммерческие компании. В Евросоюзе за это отвечает проект Graphene Flagship с инвестициями в €1 млрд [7]. В США — Национальная графеновая ассоциация, в консультативный совет которой входят представители Apple, IBM и Cisco.

В графене заинтересованы гиганты аэрокосмической отрасли: Boeing, Lockheed Martin, Airbus и Thales. Они рассчитывают, что новые материалы позволят им в разы снизить расход топлива — как композиты, которые экономят до 30% горючего в Boeing 787. Электронные корпорации включились в графеновую гонку в надежде, что это принесет им лидерство на рынке смартфонов и аксессуаров к ним.

Среди них — Samsung [8]: компания уже скупила десятки патентов, которых хватит на целую линейку продуктов с графеном. В частности, она представила новый тип аккумуляторов, которые можно будет заряжать за рекордные 12 минут. Такие появятся в новых смартфонах бренда не позднее 2021-го года. Их главный конкурент — Apple — запатентовала акустические диафрагмы с графеном для использования в устройствах следующих поколений. И это, судя по всему — только начало.

В России тоже занимаются изучением графена и даже патентуют электронные устройства на его основе — на базе в Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ. Двое ученых-выпускников этого вуза — гендиректор ведущего производителя Graphene 3D Lab Inc. Елена Полякова и профессор Свободного университета Берлина Кирилл Болотин — входят в ту самую американскую ассоциацию.

Почему же графен до сих пор не изменил нашу жизнь?

Во-первых, он все еще очень дорогой. При этом пока нельзя однозначно посчитать, сколько его нужно и для каких целей. Для этого материала нет единой шкалы измерения, так как он может иметь разную структуру — в зависимости от способа получения.

• 1 грамм чистого графена, который используют в электронике, стоит около $28 млрд.
• 1 грамм графена, смешанного с пылью — около $1 тыс.

Во-вторых, массовое производство графена пока не налажено, потому что нет технологий, которые бы позволили бы это: например, сложные электронные устройства с графеном делают вручную. Для графена нужна какая-то подложка — например, кварцевая — которая и определяет свойства конечного продукта. При этом пока еще не совсем понятно, какие именно это должны быть свойства.

Что еще почитать и посмотреть о графене

Волокно изо льда согнули в дугу

Обычный лед хрупок. Естественным образом он получается в природе при замерзании воды (эта его разновидность именуется лед I_h).

Молекулы воды при температуре ниже 0 °С выстраиваются в шестиугольные призмы. Это элементарные ячейки кристаллов льда. В основании призм лежат правильные шестиугольники, призмы имеют общие стороны и грани. И выходит, что каждая молекула воды окружена четырьмя своими «сестрами», расположенными от нее на одинаковом расстоянии в вершинах шестиугольной призмы – узлах кристаллической решетки льда.

К слову, похожая кристаллическая решетка у графита.

По разным причинам, в том числе из-за примесей в воде, кристаллическая решетка естественного льда может иметь дефекты. Это как сделать шестиугольную табуретку с одной ножкой короче остальных пяти. Если сесть на такую табуретку, упадёшь. Так и со льдом: дефекты кристаллической решетки делают его хрупким, не устойчивым, ломким.

Кристаллическая решетка природного льда.

Но учёные знают, что существуют и другие разновидности льда. Различия в строении их кристаллической решётки приводят к образованию кристаллов разной формы. Обычно лёд других разновидностей получают по специальным технологиям или в специальных лабораторных условиях.

Например, лед со сферическими кристаллами – жидкий лед – открыли в конце 1980-х годов и с тех пор используют в кондиционерах, холодильниках супемаркетов и в рыбной промышленности. Он текуч, как вода, и его кристаллы не забивают трубы.

Исследователи из Чжэцзянского университета вместе с коллегами из Университета Шаньси и Калифорнийского университета изобрели способ выращивания твердого водяного льда без дефектов кристаллической решетки. Он получается гибким и эластичным.

Свой способ производства гибкого льда ученые описали в статье, которую опубликовал журнал Science.

Устройство для получения гибкого льда состояло из вольфрамовой иглы, которую поместили в камеру, охлажденную до минус 50 °С. В камеру выпускался водяной пар, послечего включалось электрическое поле. Электрические поля заставляли молекулы воды притягиваться к кончику иглы. Там они выстраивались в монокристалл и образовывали микроволокно толщиной около 10 микрометров – тоньше человеческого волоса.

Выращенные на кончике иглы кристаллы льда были не шестиугольными, а четырехугольными призмами с основаниями в виде ромбов (лед II).

Затем температуру в камере снижали и последовательно доводили ее до минус 150 °С. Получившиеся волокна льда пытались сгибать при столь низких температурах.

Выяснилось, что при минус 150°С микроволокно диаметром 4,4 микрометра может изогнуться почти в круг радиусом 20 микрометров. Когда волокно изгибать перестали, оно вернуло себе прежнюю прямую форму.

Полученные ледяные волокна оказались состоящими из двух разных видов льда с разной плотностью.

Ученые утверждают, что волокно льда продемонстрировало максимальную упругую деформацию в 10,9%. Теоретический предел упругой деформации льда составляет 15%. Упругая деформация природного льда значительно ниже – 0,3%.

Исследователи также отмечают в своей статье чистоту и безупречность выращенных ими кристаллов льда. Они настолько прозрачны, что могут служить световодами.

«Мы можем представить себе использование монокристаллических микроволокон льда в качестве низкотемпературных датчиков для изучения, например, молекулярной адсорбции на льду, изменений окружающей среды, структурных изменений и деформации поверхности льда, – отмечают исследователи в своей статье. – Эластичные микроволокна льда могут предложить альтернативную платформу для изучения физики льда и открыть ранее неизведанные возможности для технологий, связанных со льдом, в различных дисциплинах», – резюмируют они.

Ранее мы сообщали, что ученые изобрели гибкий кристалл для зарядки гаджетов во время ходьбы, рассказывали, как новая технология превращает любую бумажку в гаджет и как обычное стекло превратить в экран дополненной реальности.

А ещё мы писали о работе, в которой физики сообщали об обнаружении двух модификаций воды.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

описание структуры кристаллической решетки

описание структуры кристаллической решетки СТРУКТУРА КРИСТАЛЛОВ

---

Красота и симметрия кристаллов восхищали тысячи людей лет. Почему-то они кажутся отличными от более обычной материи. Тем не мение, большинство твердых объектов состоят из множества крошечных взаимосвязанных кристаллов. Это только иногда отдельные кристаллы достаточно велики, чтобы поймать нашу внимание, как в этих красивых примерах.

   Целестин Сера Пирит Вышеуказанные изображения являются собственностью Аметиста. Galleries, Inc., и их копирование в коммерческих целях запрещено. Разрешение на копирование описаний и изображений предоставляется только для личного и образовательного использования. См. http://mineral.galleries.com/ Атомы в кристалле образуют регулярно повторяющийся узор, называемый кристаллическая решетка . Хотя существование этой решетки известен уже много лет, в последнее время сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) был изобретен. Это позволяет нам видеть отдельные атомы. Ниже приведен СТМ-изображение поверхности платины. Обратите внимание на правильные ряды атомов Pt.
Это изображение является собственностью корпорации IBM.

Решетка может сильно влиять на свойства материала. Например, ниже мы видим два кристалла — графит и алмаз. Каждый из них содержат только 1 вид атома — углерод. Разница в том, как эти атомы расположены.

Графит Алмаз Вышеуказанные изображения являются собственностью Аметиста. Галереи, Inc., и их нельзя копировать в коммерческих целях. Разрешение на копирование описаний и изображений предоставляется только для личного и образовательного использования. См. http://mineral.galleries.com/ Графит черного цвета, мягкий и является отличной смазкой. Это говорит о том, что в графите должно быть легко разделить атомы или, по крайней мере, сделать их скользить друг мимо друга.

Алмаз прозрачный, прочный и очень твердый.Это превосходная нарезка инструмент. Атомы в алмазе должны очень сильно удерживаться на месте.

Химически алмаз инертен. Графит, с другой стороны, очень полезен для поглощения и катализа реакций. Структуры алмаз и графит объясняют эти различия.

Каждый атом углерода в алмазе связан с четырьмя другими атомами в трехмерном пространстве. сеть. Чтобы изменить форму бриллианта или сломать его, требуется много эти прочные связи разорвутся одновременно.Так как мало места чтобы другие молекулы попали в структуру, алмаз не очень реакционноспособен.

Нажмите на изображение ниже, чтобы увидеть структуру алмаза. Графит состоит из листов сильно связанных шестиугольных колец. Каждый лист далеко и слабо связан с соседним. Таким образом, листы могут скользить мимо друг друга, превращая графит в мягкую смазку. Пространства между слои позволяют проникать другим молекулам, что объясняет поглощение и каталитические свойства. Нажмите на изображение ниже, чтобы увидеть структуру графита. Структуры графита и алмаза давно известны. тем не мение только недавно сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) получил визуальное подтверждение.

Ниже показано СТМ-изображение поверхности графита. Это настоящий изображение , а не симуляция. На ней четко видны взаимосвязанные 6-членные кольца графита и треугольная геометрия вокруг каждого атома углерода.

 Используется с разрешения TopoMetrix Corporation  5403 Бетси Росс Драйв, Санта-Клара, Калифорния 95054 Нитрид бора также существует в двух различных кристаллических структурах. Нажмите на каждое изображение ниже, чтобы просмотреть эту структуру. Шестиугольный нитрид бораКубический нитрид бора Нажмите здесь, чтобы перейти на следующую страницу.
Структура кристаллов Кристаллические решетки Элементарные ячейки От элементарной ячейки к решетке От решетки к элементарной ячейке Стехиометрия Упаковка и геометрия Простые кубические металлы Плотно упакованные конструкции Объемно-центрированный куб Хлорид цезия Хлорид натрия Оксид рения Оксид ниобия

Если не указано иное, все изображения и фильмы являются собственностью и авторскими правами по Др. Барбара Л. Солс и доктор Фредерик С. Солс 1998. Свяжитесь с владельцами для индивидуального разрешения использовать. [email protected]

Орторомбическая кристаллическая решетка (фотографии, принты в рамке, пазлы, постеры, холст, тонкое…) #6294737

Оттиск орторомбической кристаллической решетки в рамке

Объемно-центрированная орторомбическая решетка. Компьютерная иллюстрация объемно-центрированной орторомбической кристаллической решетки, расположение атомов в твердых телах.Это тип решетки, в которой слой атомов лежит в отверстиях между атомами в слое под ним. В орторомбической решетке расстояние между атомами каждого слоя меньше, чем расстояние между атомами в чередующихся (одинакового цвета) слоях

Мы рады предложить этот отпечаток из библиотеки Science Photo Library в сотрудничестве с Science Photo Library

.

Библиотека научных фотографий содержит научные и медицинские изображения, включая фотографии и иллюстрации

© НАУЧНАЯ ФОТОБИБЛИОТЕКА

Идентификатор носителя 6294737

Орторомбическая, центрированная по телу, ромбическая решетка

Химическая промышленность Химия Кристалл Решетка Модель молекулярный Молекула Ромбический

Современная рамка 14 x 12 дюймов (38 x 32 см)

Наши современные репродукции в рамке профессионально изготовлены и готовы повесить на стену

проверить

Гарантия Pixel Perfect

чек

Изготовлен из высококачественных материалов

проверить

Необрезанное изображение 24. 4 х 19,9 см (оценка)

чек

Отделка профессионального качества

чек

Размер продукта 37,6 x 32,5 см (ориентировочно)

Наши водяные знаки не появляются на готовой продукции

Рамка под дерево, на карточке, фотопечать архивного качества 10×8. Габаритные внешние размеры 14×12 дюймов (38×32 см). Экологически чистый и безопасный для озона молдинг Polycore® размером 40 мм x 15 мм выглядит как настоящая древесина, он прочный, легкий и легко подвешивается. Биоразлагаемый и изготовленный из нехлорированных газов (без токсичных паров), он эффективен; производство 100 тонн полистирола может спасти 300 тонн деревьев! Отпечатки глазированы легким, небьющимся акрилом с оптической прозрачностью (обеспечивающим такую ​​же общую защиту от окружающей среды, как и стекло).Задняя часть сшита из ДВП с прикрепленной пилообразной вешалкой. Примечание. Чтобы свести к минимуму обрезку оригинального изображения, обеспечить оптимальную компоновку и обеспечить безопасность печати, видимый отпечаток может быть немного меньше

Код продукта dmcs_6294737_80876_736

Фотопечать Печать в рамке Печать плакатов Пазл Печать на холсте Поздравительные открытки Фото Кружка Художественная печать Металлическая печать Печать в рамке Установленное фото Подушка Коврик для мыши Премиум обрамление Стеклянная подставка акриловый блок Стеклянная рамка Сумка Стеклянные коврики

Полный ассортимент художественной печати

Наши стандартные фотопечати (идеально подходящие для оформления) отправляются в тот же или на следующий рабочий день, а большинство других товаров отправляются через несколько дней.

Фотопринт (6,07–182,43 долл. США)
Наши фотоотпечатки печатаются на прочной бумаге архивного качества для яркого воспроизведения и идеально подходят для оформления.

Принт в рамке (54,72–279,73 долл. США)
Наши современные репродукции в рамке профессионально изготовлены и готовы повесить на стену

Печать плакатов (13,37–72,97 долл. США)
Бумага для постеров архивного качества, идеальна для печати больших изображений

Пазл ($34.04 – 46,21 долл. США) Пазлы
— идеальный подарок на любой праздник

Печать на холсте (36,48–304,05 долл. США)
Профессионально сделанные, готовые к развешиванию картины на холсте — отличный способ добавить цвет, глубину и текстуру в любое пространство.

Поздравительные открытки (7,26–14,58 долл. США)
Поздравительные открытки, подходящие для дней рождения, свадеб, юбилеев, выпускных, благодарностей и многого другого

Фотокружка ($12,15)
Наслаждайтесь любимым напитком из кружки, украшенной любимым изображением. Сентиментальные и практичные персонализированные кружки с фотографиями станут идеальным подарком для близких, друзей или коллег по работе

Художественная печать (36,48–486,49 долл. США)
Наши репродукции произведений изобразительного искусства с мягкой текстурированной натуральной поверхностью — это лучшее, что может быть после приобретения оригинальных произведений искусства. Они соответствуют стандартам самых требовательных музейных хранителей.

Металлический принт (71,76–485,28 долл. США)
Изготовленные из прочного металла и роскошных технологий печати, металлические принты оживляют изображения и придают современный вид любому пространству

Принт в рамке (54 долл. США.72 — 304,05 долл. США)
Наш оригинальный ассортимент британских репродукций в рамке со скошенным краем

Установленная фотография (15,80–158,10 долл. США)
Отпечатанные фотографии поставляются в специальном картонном футляре, готовом для оформления в рамку

Подушка (30,39–54,72 долл. США)
Украсьте свое пространство декоративными мягкими подушками

Коврик для мыши (17,02 долл. США)
Фотографический отпечаток архивного качества на прочном коврике для мыши с нескользящей подложкой. Работает со всеми компьютерными мышами.

Каркас премиум-класса (109,45–352,70 долл. США)
Наши превосходные репродукции в рамке премиум-класса профессионально изготовлены и готовы повесить на стену

Стеклянная подставка (9,72 долл. США)
Индивидуальная стеклянная подставка. Также доступны элегантные полированные безопасные закаленные стекла и термостойкие подставки под тарелки

.

Acrylic Blox (36,48–60,80 долл. США)
Обтекаемый, односторонний современный и привлекательный принт на столешнице

Стеклянная рамка (27 долларов США.96 – 83,93 доллара США) Крепления из закаленного стекла
идеально подходят для настенного дисплея, кроме того, мониторы меньшего размера можно использовать отдельно на встроенной подставке.

Большая сумка (36,43 долл. США)
Наши большие сумки изготовлены из мягкой прочной ткани и снабжены ремнем для удобной переноски.

Стеклянные салфетки (60,80 долл. США)
Набор из 4 стеклянных салфеток. Элегантное полированное безопасное стекло и термостойкое. Соответствующие подставки также доступны

Неинвазивный способ прямого изображения вигнеровских кристаллов

Инжир.1: СТМ-измерение вигнеровских кристаллических состояний в муаровой сверхрешетке WSe2/WS2 с двойным затвором. Кредит: DOI: 10.1038/s41586-021-03874-9

Группа исследователей из Калифорнийского университета в Беркли, работающая с группой из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, разработала неинвазивный способ прямого изображения вигнеровских кристаллов. В своей статье, опубликованной в журнале Nature , группа описывает свой подход и объясняет, как его можно использовать для продвижения исследований кристаллических состояний Вигнера. Кармен Рубио-Верду из Колумбийского университета опубликовала статью «Новости и взгляды», в которой рассказывается о природе кристаллов Вигнера и описывается работа команды в том же номере журнала.

Вигнеровские кристаллы имеют структуру кристаллической решетки, которая образуется, когда электроны находятся на небольшом расстоянии друг от друга в некоторых двумерных материалах. Их наблюдали в таких материалах, как 2D-полупроводники и жидкий гелий, но, как известно, их трудно наблюдать или изобразить из-за их хрупкости.В этой новой работе исследователи разработали способ просмотра кристаллов Вигнера, не нарушая их, что позволяет получать более точные изображения.

Исследователи поместили тонкий лист дисульфида вольфрама поверх тонкого листа диселенида вольфрама, создав крошечную гетероструктуру. Примечательно, что оба являются дихалькогенидами переходных металлов и в данном случае имеют толщину всего 1 нанометр. Затем команда добавила электроны к обоим слоям, которые естественным образом сформировали двумерные структуры, хотя расстояние между электронами было немного меньше в одном из слоев.Несоответствие электронных рисунков привело к созданию муарового узора, который также был вигнеровским кристаллом. Затем исследователи поместили слой графена поверх своей гетероструктуры, чтобы защитить кристаллическую структуру под ней. Затем они использовали сканирующий туннельный микроскоп для создания изображений кристаллов, не нарушая их. Позже команда добавила к гетероструктуре слой гексагонального нитрида бора, чтобы лучше защитить ее, что позволило проводить исследования с помощью микроскопа.

Исследователи также пытались добавлять и удалять электроны из структуры перед добавлением защитных барьеров и обнаружили, что это приводит к формированию кристаллических структур в формы, включая треугольники или шестиугольники.Рубио-Верду предполагает, что новая техника может привести к новым методам визуализации других крошечных хрупких структур.

---

Исследователи ловят электроны, чтобы создать неуловимый кристалл

---

Дополнительная информация: Хонгюань Ли и др., Визуализация двумерных обобщенных вигнеровских кристаллов, Nature (2021).DOI: 10.1038/s41586-021-03874-9

Кармен Рубио-Верду, Электронные кристаллы под микроскопом, Nature (2021). DOI: 10.1038/d41586-021-02573-9

© 2021 Наука Х Сеть

Цитата : Неинвазивный способ прямого изображения кристаллов Вигнера (2021, 1 октября) получено 18 января 2022 г. с https://физ.org/news/2021-10-неинвазивное-изображение-вигнер-кристаллы.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Характеристика и кристаллическая структура антимонида цезия, фотоэлектрического поверхностного материала

Хотя антимонид цезия является наиболее эффективным из известных фотоэмиттеров, адекватного объяснения его уникальных свойств предложено не было.Все предыдущие попытки его химической и структурной характеристики оказались безуспешными. Настоящее рентгеновское исследование показывает, что это интерметаллическое соединение «нормальной валентности» с небольшой областью гомогенности, близкой к составу Cs ₃ Sb. Расположение атомов является псевдообъемно-центрированным кубическим с дефектной структурой, основанной на типе таллида натрия B32 (NaTl). Кубическая элементарная ячейка ( a = 9⋅14 до 9⋅19 Å) содержит шестнадцать атомов в особых положениях пространственной группы Fd 3 m — O ⁷ _h .Восемь эквивалентных участков в (0, 0, 0; 0, 1/2, 1/2; 1/2, 0, 1/2; 1/2, 1/2, 0) + 0, 0, 0; 1/4, 1/4, 1/4 заняты только атомами цезия и восемью другими позициями, при ( ) + 1/2, 1/2, 1/2; 3/4, 3/4, 3/4 случайным образом заняты четырьмя атомами цезия и четырьмя атомами сурьмы. Структура может быть описана как состоящая из двух взаимопроникающих решеток типа алмаза, одна из атомов цезия, а другая из равного количества атомов цезия и сурьмы. Полупроводниковые свойства материала объясняются заполненной зоной Бриллюэна, содержащей два электрона на атом. Кристаллическая структура антиномида цезия также позволяет предположить, какой из предложенных ранее механизмов его фотоэмиссии является приемлемым. Наблюдаемые эффекты дифракции рентгеновских лучей объясняются только в том случае, если амплитуды тепловых колебаний у атомов цезия намного больше, чем у атомов сурьмы. В антимониде цезия среднеквадратичные смещения различных атомов от их средних положений в решетке (0⋅52 Å для Cs и 0⋅25 Å для Sb) примерно такие же, как соответствующие смещения в металлическом цезии и металлической сурьме.Эта неожиданно большая разница между температурными факторами Дебая для разных атомов вызывает появление рефлексов рентгеновской сверхрешетки, которые сначала считались обусловленными специфическими сдвигами некоторых или всех атомов из определенных положений. Хотя присвоение отдельных температурных факторов разным атомам хорошо известно, необходимость этого весьма ярко иллюстрируется дифракционной картиной антимонида цезия.

Первая кристаллическая структура отбеливателя за 200-летнюю историю | Исследования

Хотя водные гипохлориты веками использовались в качестве отбеливающих агентов, ученые в Канаде впервые охарактеризовали их с помощью рентгеновской кристаллографии. «[Это] действительно большое упущение, то, что просто забыли в химии», — говорит руководитель исследования Томислав Фрищич из Университета Макгилла.

Первый известный синтез водного хлора для отбеливания относится к 18 веку, когда французский химик Клод-Луи Бертолле создал Eau de Javel , названный в честь парижского района, где он управлял химическим заводом. Почти век спустя Антуан Жермен Лабаррак, другой французский химик, изготовил дезинфицирующее средство с использованием гипохлорита натрия, назвав его Eau de Labarraque. В настоящее время ежегодно для этих целей производится более 9 миллиардов литров водного гипохлорита натрия.

Но Фрищич понял, что не было записей о кристаллической структуре гипохлорита ClO ^– или гипобромита BrO ^–. «Я все еще не верю, — говорит он.

Работа Фрищича обычно связана с механохимией, но он столкнулся с твердым гипохлоритом натрия при исследовании различных реакций без растворителей. Он объясняет, что «не знал, что это вещество может быть выделено в твердом состоянии, не говоря уже о том, что оно, по-видимому, коммерчески доступно».Первый твердый кристалл гипохлорита, NaOCl·5H ₂ O, был синтезирован в 1898 г.

Команда искала кристаллическую структуру гипохлорита только для того, чтобы найти «абсолютно ничего, пшик», объясняет Фрищич. Но они нашли несколько отчетов об элементарной ячейке, в том числе отчет о гипохлорите кальция, опубликованный Армянским химическим обществом в 1960-х годах. «К счастью, она была написана по-русски, потому что я могу читать по-русски, но не по-армянски», — вспоминает Фрищич.

Фрищич считает, что другие могли просто предположить, что кристаллическая структура таких распространенных соединений уже известна, а это означает, что они никогда не были охарактеризованы.Поэтому Фрищич и его группа решили попробовать себя, назвав это «любовным трудом».

Полный экран во всплывающем окне

Хотя твердые кристаллы гипохлорита натрия, NaOCl·5h3O, были получены еще в 1898 г. , они никогда не были охарактеризованы с помощью рентгеновской кристаллографии

Источник: © Томислав Фришчич, Джозеф М. Марретт и Тристан Х. Борчерс/Университет Макгилла

Кристаллы гипобромита натрия желтого цвета и нестабильны при комнатной температуре.

Кристаллы гипохлорита натрия, имеющиеся в продаже, были охарактеризованы вместе с гипобромитом натрия, синтезированным в лаборатории.Фришич описывает их как «действительно красивые маленькие желтые кристаллы». Работа с ними при комнатной температуре была главной проблемой. «[Они] были достаточно стабильны, чтобы их можно было вытащить при температуре жидкого азота, установить на монокристаллический дифрактометр и определить структуру», — объясняет Фрищич.

Кристин Биверс, рентгеновский кристаллограф из британской компании Diamond Light Source, говорит, что гипогалиты — это «вещи, которые вы изучаете на первом курсе химии.Биверс объясняет, что процедура была «очень стандартной кристаллографической, самое сложное было то, что кристаллы как бы растворялись сами по себе». Она была особенно удивлена, что этого не было сделано раньше.

«Я не говорю, что отбеливатель станет лучше», — говорит Фрищич. Но он надеется использовать гипохлорит и гипобромиты в качестве строительных блоков для новых материалов.

Бесплатное фото Кристаллическая решетка Арсенид галлия Наука

Фотографии на Max Pixel можно свободно распространять с Creative Commons Zero — CC0.

Хранился в категории « Наука/Технология «, наибольший размер 3000×1687 пикселей, скачать можно в формате PNG. Нас пометили: Кристаллическая решетка, Арсенид галлия, Наука.

Наша команда была тщательно отобрана перед публикацией здесь. Если это было полезно для вас, пожалуйста, поделитесь с друзьями. Кроме того, вы также можете поощрить их, пригласив наших участников на одну чашку кофе (через Paypal).

Наша команда хотела бы порекомендовать вам несколько фотографий по теме:

Кристалл, минерал, кварц, природный, драгоценный камень, геология

Розовый, Шаблон, Обои, Бесшовный, Повторяющийся, Сбор Винограда

Готика, Узор, Апельсин, Бесшовные Обои, Решетка

Прицел, Шкала, Лупа, Пасмеркки, Решетка

Бесшовные, повторяющиеся, повторяющиеся, повторяющиеся, мозаичные

Монохромный, Узор, Круг, Точка, Пунктир, Эллипс, Бледный

Сетка, Узор, Сетка, Гриль, Линия, Металл, Фон

Сетка, Узор, Монохромный, Геометрический, Полутона

Рельс, Узор, Полутона, Украшение, Геометрический, Сетка

Качели, Шпалеры, На открытом воздухе, Деревянные, Решетки, Кантри

Пьедестал, Бетон, Круглый, 3d, Визуализация, Абатмент, Старый

Дерево, Решетка, 3d, Визуализация, Город, Парк, Расти, Бетон

Кристаллическая решетка Арсенид галлия Наука Сульфид цинка Zns куб Клетка Молекулы Атомы Гаас Алгаас Бесплатные фото Бесплатные изображения Максимальный пиксель

Фотоэлектрохимический и фотофентоновский механизм синтеза нанокатализатора ZnFe2O4/BiOI, управляемого видимым светом,

Bai Y, Bai H, Qu K, Wang F, Guan P, Xu D, Fan W, Shi W (2019) In- situ подход к изготовлению фотокатода BiOI с кислородными вакансиями: понимание восстановленного поведения N ₂ в фотоэлектрохимической системе. Chem Eng J 362: 349–356

CAS Google Scholar

Behera A, Mansingh S, Das KK, Parida K (2019) Synergistic ZnFe ₂ O ₄ -углеродный аллотропный нанокомпозитный фотокатализатор для разложения норфлоксацина и восстановления Cr (VI). J Коллоидный интерфейс Sci 544:96–111

CAS Google Scholar

Cai C, Zhang Z, Liu J, Shan N, Zhang H, Dionysiou DD (2016) Гетерогенный Fenton с помощью видимого света с ZnFe ₂ O ₄ для разложения Orange II в воде.Приложение Catal B 182:456–468

CAS Google Scholar

Chen C-H, Liang Y-H, Zhang W-D (2010) ZnFe ₂ O ₄ /Композит на основе МУНТ с повышенной фотокаталитической активностью при облучении видимым светом. J Alloy Compd 501:168–172

CAS Google Scholar

Chen F, Yang Q, Wang Y, Yao F, Ma Y, Huang X, Li X, Wang D, Zeng G, Yu H (2018) Эффективная конструкция фотокатализатора Z-схемы на основе ванадата висмута для одновременного Cr (VI) восстановление и окисление ципрофлоксацина под действием видимого света: кинетика, пути и механизм деградации. Chem Eng J 348: 157–170

CAS Google Scholar

Chen P, Zhang N, Chen W, Wang Y (2021) Rhombic Fe ₂ O ₃ комочки, легирующие полые сферы ZnFe2O4 посредством процесса окислительного разложения, имплантированные в проводящую сеть графена с превосходными свойствами поглощения электромагнитных волн. Ceram Int 47:6453–6462

CAS Google Scholar

Клариция Л., Руссо Д., Ди Сомма И., Маротта Р., Андреоцци Р. (2017)Гомогенные фото-фентоновские процессы при pH, близком к нейтральному: обзор.Applied Catalysis B-Environmental 209:358–371

CAS Google Scholar

Fang M, Tan X, Liu Z, Hu B, Wang X (2021) Недавний прогресс в области фотокатализа с усилением металлов: обзор механизма. Исследования (стирка D c) 2021:9794329

CAS Google Scholar

Guo Q, Ma Z, Zhou C, Ren Z, Yang X (2019a) Фотокатализ одиночных молекул на поверхностях TiO ₂ . Chem Rev 119:11020–11041

CAS Google Scholar

Guo Q, Zhou C, Ma Z, Yang X (2019) Основы TiO ₂ Фотокатализ: концепции, механизмы и проблемы. Adv Mater 31:e17

Google Scholar

Hasija V, Raizada P, Sudhaik A, Sharma K, Kumar A, Singh P, Jonnalagadda SB, Thakur VK (2019) Последние достижения в области наногибридов на основе нитрида графита, не содержащего благородных металлов, для фотокатализа органических загрязнителей в воде: Обзор.Appl Mater Сегодня 15: 494–524

Google Scholar

Hu J, Zhang P, An W, Liu L, Liang Y, Cui W (2019) In-situ gC, легированный Fe удаление сложных сточных вод. Applied Catalysis B-Environmental 245:130–142

CAS Google Scholar

Huang D, Hu C, Zeng G, Cheng M, Xu P, Gong X, Wang R, Xue W (2017) Сочетание процессов Фентона и биологической очистки для очистки сточных вод и восстановления почвы. Sci Total Environ 574:1599–1610

CAS Google Scholar

Huang S, Wei Z, Ding M, Li C, Lu Q (2021): Фотоэлектрохимические и фотокаталитические свойства иерархических цветкоподобных BiOI/CoFe ₂ O ₄ нанокомпозитов, синтезированных методом соосаждения . Оптические материалы 111.110643

Jiang L, Gao W, Jin B, Li H, Li S, Zhu G, Jiang Q (2018) ZnFe ₂ O ₄ /MoS ₂ /rGO композит в качестве анода перезаряжаемые литий-ионные батареи.J Electroanal Chem 823:407–415

CAS Google Scholar

Хасевани С.Г., Голами М.Р. (2019) Синтез BiOI/ZnFe ₂ O ₄ – металлоорганический каркас и g-C ₃ N ₄ на основе нанокомпозитов Ind Eng Chem Res 58:9806–9818

CAS Google Scholar

Li X, Hou Y, Zhao Q, Wang L (2011)Общий, одностадийный и бесшаблонный синтез сфероподобных наноструктур феррита цинка с повышенной фотокаталитической активностью в отношении деградации красителя. J Коллоидный интерфейс Sci 358:102–108

CAS Google Scholar

Li C, Zhang A, Zhang L, Song J, Su S, Sun Z, Xiang J (2018a) Повышенная фотокаталитическая активность и характеристика магнитных Ag/BiOI/ZnFe ₂ O ₄ композиты для Hg 0 удаление под действием флуоресцентного излучения. Appl Surf Sci 433: 914–926

CAS Google Scholar

Li Z, Chen H, Liu W (2018b) Полноспектральная фотокаталитическая активность ZnO/CuO/ZnFe ₂ O ₄ нанокомпозита в качестве фото-фентон-подобного катализатора.Катализаторы 8:557

Google Scholar

Li Q, Chen Z, Wang H, Yang H, Wen T, Wang S, Hu B, Wang X (2021) Удаление органических соединений наноразмерным нульвалентным железом и его композитами. Sci Total Environ 792: 148546

CAS Google Scholar

Liu Y, Jin W, Zhao Y, Zhang G, Zhang W (2017) Усиленное каталитическое разложение метиленового синего с помощью альфа-Fe ₂ O ₃ / оксида графена посредством гетерогенных фото-реакций Фентона. Applied Catalysis B-Environmental 206:642–652

CAS Google Scholar

Мэн А., Чжан Л., Ченг Б., Ю Дж. (2019) Двойные сокатализаторы в TiO ₂ Фотокатализ. Adv Mater 31: e1807660

Google Scholar

Mirzaei A, Chen Z, Haghighat F, Yerushalmi L (2017) Удаление фармацевтических препаратов из воды гомо/гетерогонными процессами типа Фентона – обзор.Хемосфера 174:665–688

CAS Google Scholar

Qiu F, Li W, Wang F, Li H, Liu X, Sun J (2017) Синтез на месте новых фотокатализаторов Z-схемы SnS( ₂ )/BiOBr с превосходной фотокаталитической эффективностью в видимом свете. J Коллоидный интерфейс Sci 493:1–9

CAS Google Scholar

Цю М., Ху Б., Чен З., Ян Х., Чжуан Л., Ван Х (2021) Проблемы фотокатализа органических загрязнителей с помощью катализаторов на основе биоугля. Биоуголь 3:117–123

Google Scholar

Raza W, Faraz M (2020) Novel gC ₃ N ₄ /Fe-ZnO/RGO нанокомпозиты с повышенной фотокаталитической активностью в видимом свете для MB, Cr (VI) и выдающейся каталитической активностью по отношению к пара-нитрофенолу снижение. Нанотехнологии 31:325603

CAS Google Scholar

Шарма В.К., Фэн М. (2019)Очистка воды с использованием передовых процессов окисления, катализируемых металлоорганическими каркасами: обзор.J Hazard Mater 372: 3–16

CAS Google Scholar

Тамаддон Ф., Мосслемин М.Х., Асадипур А., Гарагани М.А., Насири А. (2020) Получение ZnFe с помощью микроволновой печи Int J Biol Macromol 154:1036–1049

CAS Google Scholar

Tian N, Huang H, Wang S, Zhang T, Du X, Zhang Y (2020) Разделение межфазного фотозаряда, зависящее от связи, индуцированной зарядом граней: случай BiOI/gC ₃ N ₄ pn-переход . Прикладной катализ B: Защита окружающей среды 267:118697

CAS Google Scholar

Wu H, Jile H, Chen Z, Xu D, Yi Z, Chen X, Chen J, Yao W, Wu P, Yi Y (2020) Изготовление ZnO@MoS ₂ Нанокомпозитные массивы гетеропереходов и их фотоэлектрические Характеристики. Микромашины (Базель) 11:189

Google Scholar

Xiang Y, Huang Y, Xiao B, Wu X, Zhang G (2020) Магнитная желточно-оболочечная структура наночастиц ZnFe ₂ O ₄ для усиленной деградации фото-Фентона в видимом свете по отношению к антибиотикам и изучение механизма.Appl Surf Sci 513:145820

Xing M, Xu W, Dong C, Bai Y, Zeng J, Zhou Y, Zhang J, Yin Y (2018) Сульфиды металлов как отличные сокатализаторы для H ₂ O ₂ Разложение в усовершенствованных процессах окисления. Химия 4:1359–1372

CAS Google Scholar

Yang Y, Zeng Z, Zhang C, Huang D, Zeng G, Xiao R, Lai C, Zhou C, Guo H, Xue W, Cheng M, Wang W, Wang J (2018) Строительство йодной вакансии- богатые BiOI/Ag@AgI фотокатализаторы гетероперехода Z-схемы для деградации тетрациклина под действием видимого света: пути трансформации и понимание механизма. Chem Eng J 349: 808–821

CAS Google Scholar

Yang Y, Zeng G, Huang D, Zhang C, He D, Zhou C, Wang W, Xiong W, Li X, Li B, Dong W, Zhou Y (2020) Молекулярная инженерия полимерного нитрида углерода для высоко эффективное фотокаталитическое разложение окситетрациклина и образование H ₂ O ₂ . Applied Catalysis B-Environmental 272:118970

CAS Google Scholar

Йендрапати Т.П., Гаутам А., Бойя С., Пал У (2020) Формирование наностержней ZnO@CuS для эффективного фотокаталитического производства водорода.Sol Energy 196: 540–548

CAS Google Scholar

Йосефи Л., Хагиги М., Аллахьяри С. (2017) Сольвотермический синтез цветкоподобного п-BiOI/n-ZnFe ₂ O ₄ с нанофотокатализатором, управляемым усиленным видимым светом, используемым для удаления кислотного апельсина 7 из сточных вод. Sep Purif Technol 178:18–28

CAS Google Scholar

Yu S, Pang H, Huang S, Tang H, Wang S, Qiu M, Chen Z, Yang H, Song G, Fu D, Hu B, Wang X (2021) Последние достижения в области металлоорганических каркасных мембран для водоподготовки: обзор.Sci Total Environ 800: 149662

CAS Google Scholar

Zeng L, Zhe F, Wang Y, Zhang Q, Zhao X, Hu X, Wu Y, He Y (2019) Получение BiOI, легированного межузельным углеродом, для повышения эффективности фотокаталитической фиксации азота и разложения метилоранжа. J Коллоидный интерфейс Sci 539: 563–574

CAS Google Scholar

Zhang M-h, Dong H, Zhao L, Wang D-x, Meng D (2019) Обзор процесса Фентона для очистки органических сточных вод с точки зрения оптимизации.Sci Total Environ 670:110–121

CAS Google Scholar

Zhang S, Wang J, Zhang Y, Ma J, Huang L, Yu S, Chen L, Song G, Qiu M, Wang X (2021) Применение водостойких металлоорганических каркасов для удаления воды загрязнители: обзор. Загрязнение окружающей среды 291:118076

CAS Google Scholar

Zheng C, Zhang C, He L, Zhang K, Zhang J, Jin L, Asiri AM, Alamry KA, Chu X (2020) ZnFe ₂ O ₄ Нанолисты /ZnO собрали микросферы для высокоэффективного триметиламина газоанализ.Журнал сплавов и соединений 849: 156461

CAS Google Scholar

Zhou Y, Fang S, Zhou M, Wang G, Xue S, Li Z, Xu S, Yao C (2017) Изготовление новых нанокомпозитов ZnFe ₂ O ₄ /BiOI и их эффективная фотокаталитическая активность при облучение видимым светом. J Alloy Compd 696: 353–361

CAS Google Scholar

Zhou J, Zhang Z, Kong X, He F, Zhao R, Wu R, Wei T, Wang L, Feng J (2020) Новый гетеропереход PN со смещенным уровнем энергии на основе ZnFe ₂ O ₄ декорирование SnS ₂ нанолист для эффективного фотокаталитического разложения.