Gonzalez-Rubio, Guillermo

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Eine symmetriebasierte kinematische Theorie für das Design von Nanokristall‐Morphologien

2022-05-09, Ni, Bing, Gonzalez-Rubio, Guillermo, Kirner, Felizitas, Zhang, Siyuan, Cölfen, Helmut

Das Wachstum von kristallinen Nanopartikeln (NP) umfasst im Allgemeinen drei Prozesse: Keimbildung, Wachstum und die Entwicklung der Form. Von diesen Prozessen ist die Formentwicklung trotz der Bedeutung der Morphologie für die Eigenschaften der NP am wenigsten verstanden. Hier beschreiben wir eine symmetriebasierte kinematische Theorie (SBKT) die auf klassischen Wachstumstheorien basiert, um den Prozess zu veranschaulichen. Auf Grundlage des Kristallgitters, der Keim- (oder Kern-) Symmetrie und der bevorzugten Wachstumsrichtungen unter den experimentellen Bedingungen kann die SBKT die Wachstumstrajektorien veranschaulichen. Die Theorie erfüllt die konventionellen Kriterien der wichtigsten bestehenden Theorien für das Kristallwachstum und bietet Werkzeuge zum besseren Verständnis des Symmetriebrechens während des Wachstums anisotroper Strukturen. Darüber hinaus wird das komplexe dendritische Wachstum sowohl theoretisch als auch experimentell nachgewiesen. Damit bietet sie einen Ansatz zur Erklärung der Formentwicklung und erweitert die Vorhersage der Morphogenese auf Fälle, die von anderen Theorien nicht erfasst werden können.

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Veröffentlichung

A Symmetry-Based Kinematic Theory for Nanocrystal Morphology Design

2022-05-09, Ni, Bing, Gonzalez-Rubio, Guillermo, Kirner, Felizitas, Zhang, Siyuan, Cölfen, Helmut

The growth of crystalline nanoparticles (NPs) generally involves three processes: nucleation, growth, and shape evolution. Among them, the shape evolution is less understood, despite the importance of morphology for NP properties. Here, we propose a symmetry-based kinematic theory (SBKT) based on classical growth theories to illustrate the process. Based on the crystal lattice, nucleus (or seed) symmetry, and the preferential growth directions under the experimental conditions, the SBKT can illustrate the growth trajectories. The theory accommodates the conventional criteria of the major existing theories for crystal growth and provides tools to better understand the symmetry-breaking process during the growth of anisotropic structures. Furthermore, complex dendritic growth is theoretically and experimentally demonstrated. Thus, it provides a framework to explain the shape evolution, and extends the morphogenesis prediction to cases, which cannot be treated by other theories.