Группа американских ученых, активно занимается получением нанотарелок, которые могут найти свое применение в катализе, наноэлектронике и устройствах хранения энергии (хотя, пожалуй, достаточно не скоро – прим. переводчика).

На сегодняшний же день их «выращивание» представляет, скорее, фундаментальный интерес. Что же в них такого интересного? Оказывается, они могут служить наглядным пособием по спиральному росту твердой фазы из раствора, являющемуся основным механизмом роста кристаллов (в том числе и с обычными, не “нано”, размерами) из раствора при малых пересыщениях {Прим. ред. Имеются в виду, в первую очередь, «неорганические» кристаллы, для «органических» часто характерно двумерное зародышеобразование при бОльших пересыщениях}.

Рис. 1. Получаемые образцы нанотарелок. Обычно нанотарелки монокристаллические и содержат одну дислокацию. Но есть исключения – крупным планом показана нанотарелка, содержащая 2 спиральных дислокации.

Группа американских ученых, активно занимающаяся получением нанотарелок гидроксосульфата цинка (3Zn(OH)₂3Zn(SO₄)₃0.5H₂O) (структура приведена на рис. 2), использует для этих целей раствор, содержащий 3мМ сульфата цинка, 3мМ нитрата цинка и 6мМ гексаметилентетрамина. Раствор нагревается до 65 – 90ºС в закрытой стеклянной емкости, при этом помещенная в раствор подложка из покрытого оксидом кремния «обрастает» нанотарелками гидроксисульфата цинка. Нужно сказать, что, помимо нанотарелок, вокруг винтовой дислокации в иных условиях вполне могут расти наностержни, тоже являющиеся осесимметричными структурами. Например, при отсутствии в растворе сульфат-ионов росли бы наностержни оксида цинка {Прим. ред. … и винтовая дислокация была бы, скорее всего, ни при чем}.

Рис. 2. Кристаллическая структура гидроксосульфата цинка в сравнении со структурой оксида цинка.

Здесь все определяет соотношение скоростей роста около оси дислокации и на удалении от нее в тех или иных условиях роста (Рис. 3). Если в районе ядра дислокации рост идет намного быстрее, чем на удалении от него {Прим. ред. На самом «ядре» дислокации рост может вообще не происходить, а кристал может даже подтравливаться}, то структура не успевает разрастись вширь, и получаются нанонити. Если различие менее значительно – тоже 1D образования, наностержни. А если скорости роста примерно совпадают (или рост вдали от дислокации даже быстрее), то неминуемо получаются 2D структуры, называемые нанотарелками.

Рис. 3. Схематическое изображение влияния условий роста на геометрию получаемых наночастиц.

Следует заметить, что нанотарелки растут не плоскими, а в форме пирамиды с большим основанием и малой высотой. А соотношение между основанием и высотой также определяется условиями, а именно пересыщением. При малых пересыщениях встраивание в ядро дислокации, обеспечивающее рост вдоль ее оси, затруднено, и пирамида успевает значительно ушириться в основании. По мере увеличения пересыщения рост вдоль оси облегчается, и пирамида получается менее плоской.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Stephen A. Morin, Audrey Forticaux, Matthew J. Bierman, and Song Jin Screw Dislocation-Driven Growth of Two-Dimensional Nanoplates. – Nano Lett. – DOI: 10.1021/nl202689m; Publication Date (Web): September 6, 2011.