Мезокристалл — это материальная структура, состоящая из множества мелких кристаллов одинакового размера и формы, расположенных в правильном порядке.
периодическая закономерность. Это форма ориентированной агрегации, при которой мелкие кристаллы имеют параллельное кристаллографическое выравнивание, но пространственно разделены.
Когда размеры отдельных компонентов достигают наномасштаба, мезокристаллы представляют собой новый класс наноструктурированных твердых тел, состоящих из кристаллографически ориентированных наночастиц. Единственным критерием определения того, является ли материал мезокристаллом, является уникальная кристаллографически иерархическая структура, а не механизм ее образования.
Открытие
Хельмут Кёльфен открыл и назвал мезокристаллы в 2005 году во время исследований биоминералов. Он предположил, что их рост произошел из-за неклассического процесса, основанного на самосборке.
Структура и формирование
Мезокристалл — это сокращение от мезоскопически структурированного кристалла, в котором отдельные субъединицы часто образуют идеальный трехмерный порядок, как в традиционном кристалле, где субъединицы представляют собой отдельные атомы.
Методы формирования
Выравнивание наночастиц по органической матрице
Это когда мезокристалл образуется путем заполнения отделений органической матрицы кристаллическим веществом. Это кристаллическое вещество будет ориентироваться органической матрицей. Это процесс биоминерализации, и именно так в природе образуются мезокристаллы.
Упорядочение по физическим полям
В большинстве случаев мезокристаллы образуют наночастицы в растворе. Эти наночастицы агрегируют и располагаются в кристаллографической формации без каких-либо добавок. Основными причинами этого упорядочения являются тензорные поляризационные силы и дипольные поля.
Минеральные мосты
Образование минеральных мостиков происходит с образованием нанокристаллов. На этом этапе рост подавляется за счет абсорбции полимера поверхностью наночастиц. Теперь минеральные мостики могут зародиться в месте дефекта, внутри растущего ингибирующего слоя нанокристалла. Благодаря этому на минеральном мостике вырастает новый нанокристалл, и полимер снова останавливает рост. Этот процесс повторяется до тех пор, пока кристалл не вырастет.
Пространственные ограничения и самоподобный рост
Этот аргумент в пользу образования мезокристаллов требует только ограниченного пространства, в котором протекает реакция. Когда наночастицы превращаются в кристаллы, у них нет другого выбора, кроме как выровняться друг с другом в таком ограниченном пространстве.
Приложения
Мезокристаллы обладают уникальными структурными особенностями, а физические и физико-химические свойства, обусловленные этой структурой, сделали их предметом интереса. Ожидается, что мезокристаллы будут использоваться во многих различных приложениях. К ним относятся гетерогенные фотокатализаторы, электроды, оптоэлектроника, биомедицинские материалы и легкие конструкционные материалы.
Свойства, которые делают мезокристаллы пригодными для будущих применений, — это их общие свойства с наночастицами, мезопористыми и монокристаллическими материалами. Поскольку мезокристаллы состоят из наночастиц, свойства самих наночастиц в некоторых случаях передаются всей мезокристаллической структуре. Это позволяет использовать мезокристаллы на практике, поскольку они являются «потенциально более стабильными аналогами материалов из наночастиц». Высокая пористость обычно свойственна мезокристаллам, это свойство присуще мезопористым материалам. Закрытые внутренние поры хороши для тепловой и диэлектрической изоляции, а открытые поры способствуют абсорбции и могут быть использованы для доставки медицинских препаратов. Альтернативно, поры мезокристалла могут быть заполнены, и тогда он будет похож на монокристаллический материал и будет иметь некоторые необычные электронные и оптические свойства. Разнообразие свойств мезокристаллов может позволить эффективно использовать их во многих приложениях.
В природе
Шипы морских ежей состоят из мезокристаллов нанокристаллов кальцита (92%) в матрице некристаллического карбоната кальция (8%). Такая структура делает шипы твердыми, но также и амортизирующими, что делает их эффективным средством защиты от хищников. Мезокристаллы также встречаются в раковинах некоторых яиц, кораллах, хитине и раковинах мидий.