Коллоидный кристалл ( англ. colloidal crystal ) — пространственно упорядоченная система близких по размеру объектов субмикронного размера, свойства которой определяются не только размерами единичных элементов, но и особенностями их взаимного расположения.

Описание

Большинство известных коллоидных систем являются полидисперсными, то есть характеризуются достаточно широким распределением частиц дисперсной фазы по размерам. В монодисперсных коллоидных системах, состоящих из близких по форме, размеру и характеру взаимодействия между собой частиц, может наблюдаться явление, не характерное для полидисперсных систем, — коллоидная кристаллизация . Этот процесс самопроизвольного упорядочения частиц в периодические пространственные структуры во многом аналогичен происходящему при образовании атомных или молекулярных кристаллов . Нижняя размерная граница используемых для этого частиц определяется высокой интенсивностью броуновского движения частиц размером меньше нескольких нанометров , препятствующего стабилизации протяженных упорядоченных структур; верхняя — слишком малой подвижностью частиц микронного размера, препятствующей залечиванию дефектов формируемой структуры.

Основным методом получения коллоидных кристаллов являются процессы самосборки коллоидного размера при седиментации под действием силы тяжести, вертикальном осаждении, электрофорезе , нанесении суспензий частиц на вращающуюся подложку и др. При этом большое внимание уделяется характеру (типу) упорядочения частиц и совершенству образующейся пространственной структуры, что особенно важно при использовании этих кристаллов в оптике . Основными типами самопроизвольного упорядочения являются гранецентрированная кубическая и гексагональная плотнейшая упаковки, однако использование специальных синтетических приёмов, в частности, использование , позволяет получать смешанные структуры, структуры с неплотной упаковкой, текстурированные коллоидные кристаллы и т. д. Наряду с получением объёмных коллоидных кристаллов, возможно получение и двумерных (2D) кристаллов (плёнок) на различных поверхностях, в том числе сложной формы.

Особой разновидностью коллоидных кристаллов, связанной с основной областью их применения, являются фотонные кристаллы . Их специфика определяется высокими требованиями оптических приложений к совершенству и протяженности используемых пространственных структур. Формирование фотонных кристаллов возможно как путём контролируемой самосборки частиц, так и путём высокоточного формирования рельефа тонких плёнок при помощи традиционных и современных технологий микро- и наноэлектроники . Упорядоченное поровое пространство коллоидных кристаллов может использоваться в качестве темплата для заполнения другими компонентами с последующим удалением матрицы путём прокаливания или селективного растворения. Наиболее известными коллоидными кристаллами естественного происхождения являются опалы , в которых поровое пространство упорядоченного массива микросфер из кремнезёма заполнено гидратированным оксидом кремния . Коллоидные кристаллы образуются и в концентрированных суспензиях некоторых вирусов .

Литература

• (англ.) Concise Encyclopedia of Physics. — McGraw-Hill Professional, 2004. — pp500.
• (англ.) Koh Y.K., Chiang Yet-Ming, Wong C.C. Ordering Control of Self-Assembled Colloidal Crystals // Advanced * , 2007-10.
• (англ.) Berger M. // Nanowerk LLC, 2009.
• (англ.) The amazing ability of matter to «self assemble» … // , The University of Edinburgh, 2009.

Ссылки

• При написании этой статьи использовался материал из издания « Словарь нанотехнологических терминов » (2009—…), доступного по лицензии Creative Commons .