网站地图 关于 合作 招聘 帮助

    热线:400-152-6858

    测试狗科研服务

    预存 定制
    Document
    当前位置:文库百科文章详情
    预测纳米颗粒稳定形貌——Wulff构造介绍
    来源:测试GO 时间:2022-05-23 10:26:04 浏览:2399次

    一般情况下,液体会有减小表面积的倾向,这种作用力被称为表面张力。在失重环境下比如飞船中,水滴完全失重呈现球状结构这是由于在体积确定情况下,水滴形成球状结构能够拥有最小的表面能

    类似的,对于纳米颗粒,在平衡状态下也倾向于形成低表面能的晶面,从而决定了纳米颗粒的形貌。为了预测纳米颗粒的形貌,GibbsWulff,Herring和Cerf等提出了Wulff构造的概念。本文将详细介绍Wulff构造的原理应用和计算。


    01

     Wulff构造的原理


    Wulff构造的理论基础是Gibbs-Wulff晶体生长定律。Gibbs-Wulff定律表述为:晶体在等温恒容的情况下,如果晶体的总表面能最小,则相应的形态为晶体的平衡形态。某一晶面族的线性生长速率与该晶面族的比表面自由能成正比:


    02

     Wulff构造的应用


    Wulff构造最早提出应用于解释地质学中矿物结构的形成。近年来由于科技进步和表征手段的提高,Wulff构造被发现也适用于纳米团簇有机晶体和生物体系。

    ACS Catal. 2019, 9, 2768中作者研究了CO覆盖率暴露温度和压力等影响因素对Ru纳米颗粒HCP结构的FCC结构的影响。

    Adv. Mater. 2016, 28, 1697中作者研究了DBTDT晶体的不同晶面的生长模式,证明了有机晶体同样也满足Wulff构造。

    Nat. Comm. 2021, 12, 3011中作者发现DNA折纸单晶的形状也满足Wulff构造。


    03

     Wulff构造的计算


    Wulff构造的计算,其关键在于知晓晶体结构和不同晶面表面能的相对大小。以下提供几种方法,用于绘制简单纳米团簇的Wulff构造。

    3.1 Materials Project在线查询Wulff构造

    Materials Project是著名的材料基因组数据库,收录了很多晶体结构的计算信息。对于Wulff构造最重要的表面能信息,可以参考此篇文献提供的信息。

    其数据也可直接从{ HYPERLINK" http://crystalium.materialsvirtuallab.org/" \h}查询,界面如下:

    点击进入即可查询对应金属单质的Wulff构造和各个晶面的表面能。

    对于编号为mp-2的Pd,其结构Wulff构造如图所示:

    3.2 VESTA中绘制Wulff构造

    VESTA可以从https://jp-minerals.org/vesta/en/下载。本部分以上文中的mp-2结构为例,建立对应的Wulff构造。

    打开VESTA,打开File-New Structure,建立空白结构

    在Unit cell中选取对应的空间群,点击OK

    Edit-Edit Data-Crystal Shape中输入对应的晶面和晶体中心到相应晶面的距离,因为晶体中心到相应晶面的距离与表面能成正比,故而可用表面能数据代替:

    点击Apply,即可得到相应的Wulff构造:

    3.3 ASE绘制Wulff构造

    使用conda安装ase:

    conda install ase

    启动Python环境,输入如下代码

    from ase.cluster.wulff import wulff_construction

    from ase.io import write 

    atoms = wulff_construction('Ru',                       

    surfaces=[(1, 0, 0),(1, 1, 0),(1, 1, 1),(2, 1, 0),(2, 1, 1)],#定义不同的晶面                       

    energies=[0.180,0.190,0.160,0.200,0.190],#定义不同晶面的表面能,需和晶面一一对应                       

    size=2700,#定义了纳米结构的原子数                       

    structure='fcc', #纳米结构的堆积方式为fcc,此外还可以支持bcc和sc                       

    latticeconstant=3.7476,#晶格参数为3.7476                       

    rounding='closest'#纳米结构最终原子数可以低于或者高于2700,也可以选择above和below高于或者低于设定数

    write('Ru.xyz', atoms) #导出Ru.xyz的结构文件

    write('Wulff.png', atoms)#导出图片格式

    具体代码含义可以参照注释。

    导出的Wulff.png如图所示:

    使用VMD进行以下设置:

     

    得到最终效果如图所示:


    04

     总结


    Wulff构造是一种预测纳米颗粒形貌的有效手段。通过查询Materials Project数据库,结合VESTA和ASE等软件,我们可以轻松画出纳米结构对应的Wulff构造,从而构建起宏观结构与微观组成的桥梁。


    评论 / 文明上网理性发言
    12条评论
    全部评论 / 我的评论
    最热 /  最新
    全部 3小时前 四川
    文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
    点赞12
    回复
    全部
    查看更多评论
    相关文章

    晶体结构可视化软件 VESTA使用教程(下篇)

    2021-01-22

    【科研干货】电化学表征:循环伏安法详解(上)

    2019-10-25

    手把手教你用ChemDraw 画化学结构式:基础篇

    2021-06-19

    【科研干货】电化学表征:循环伏安法详解(下)

    2019-10-25

    晶体结构可视化软件 VESTA使用教程(上篇)

    2021-01-22

    电化学实验基础之电极基础篇 (四)参比电极的使用和养护

    2020-08-21

    热门文章/popular

    晶体结构可视化软件 VESTA使用教程(下篇)

    【科研干货】电化学表征:循环伏安法详解(上)

    电化学实验基础之电化学工作站篇 (二)三电极和两电极体系的搭建 和测试

    手把手教你用ChemDraw 画化学结构式:基础篇

    【科研干货】电化学表征:循环伏安法详解(下)

    晶体结构可视化软件 VESTA使用教程(上篇)

    微信扫码分享文章

    意见反馈

    有奖举报

    商务合作

    公众号

    关注我们 了解更多

    小程序

    随时预约 掌握进度

    举报有奖

    TEL: 191-3608-6524

    如:在网络上恶意使用“测试狗”等相关关键词误导用户点击、恶意盗用测试狗商标、冒称官方工作人员等情形,请您向我们举报,经查实后,我们将给予您奖励。

    举报内容:

    200

    上传附件:
    文件格式不正确,请重新上传文件格式不正确,请重新上传文件格式不正确,请重新上传
    文件格式:jpg、jpeg、png、gif、tif、doc、docx、ppt、pptx、xls、xlsx、pdf、zip、rar
    联系方式
    姓名
    电话
    提交意见

    意见反馈

    Suggestions

    您可以在此留下您宝贵的意见,您的意见或问题反馈将会成为我们不断改进的动力。

    意见类型
    测试服务
    网站功能
    财务报账
    其他类型
    意见内容

    200

    联系方式
    姓名
    电话
    提交意见

    收起

    Document
    关于我们 新手帮助 测试干货 商务合作 基金查询 相关资质 模拟计算 现场测试 服务项目 科研绘图 同步辐射 全进口设备

    联系方式/contact

    400-152-6858

    工作时间/work time

    09:00-18:00

    测试狗公众号

    关注我们 了解更多

    测试狗小程序

    随时预约 掌握进度

    蜀公网安备51010602000648号

    蜀ICP备17005822号-1

    成都世纪美扬科技有限公司

    Copyright@测试狗·科研服务