Self-Assembly of Achiral Shape Amphiphiles into Multi-Walled Nanotubes via Helicity-Selective Nucleation and Growth

2018 ◽  
Vol 13 (7) ◽  
pp. 775-779 ◽  
Author(s):  
Li-Jun Ren ◽  
Han Wu ◽  
Min-Biao Hu ◽  
Yu-Han Wei ◽  
Yue Lin ◽  
...  
Keyword(s):  
Self Assembly ◽  
Nucleation And Growth

scholarly journals Directed nucleation and growth by balancing local supersaturation and substrate/nucleus lattice mismatch

2018 ◽  
Vol 115 (14) ◽  
pp. 3575-3580 ◽  
Author(s):  
L. Li ◽  
A. J. Fijneman ◽  
J. A. Kaandorp ◽  
J. Aizenberg ◽  
W. L. Noorduin
Keyword(s):  
Self Assembly ◽  
Lattice Mismatch ◽  
Barium Carbonate ◽  
Growth Direction ◽  
Nucleation And Growth ◽  
Advanced Materials ◽  
Carbonate Concentration ◽  
Nucleation Barrier ◽  
Simultaneous Control ◽  
Local Supersaturation

Controlling nucleation and growth is crucial in biological and artificial mineralization and self-assembly processes. The nucleation barrier is determined by the chemistry of the interfaces at which crystallization occurs and local supersaturation. Although chemically tailored substrates and lattice mismatches are routinely used to modify energy landscape at the substrate/nucleus interface and thereby steer heterogeneous nucleation, strategies to combine this with control over local supersaturations have remained virtually unexplored. Here we demonstrate simultaneous control over both parameters to direct the positioning and growth direction of mineralizing compounds on preselected polymorphic substrates. We exploit the polymorphic nature of calcium carbonate (CaCO3) to locally manipulate the carbonate concentration and lattice mismatch between the nucleus and substrate, such that barium carbonate (BaCO3) and strontium carbonate (SrCO3) nucleate only on specific CaCO3 polymorphs. Based on this approach we position different materials and shapes on predetermined CaCO3 polymorphs in sequential steps, and guide the growth direction using locally created supersaturations. These results shed light on nature’s remarkable mineralization capabilities and outline fabrication strategies for advanced materials, such as ceramics, photonic structures, and semiconductors.

Direct Observation of Nucleation and Growth in Amyloid Self-Assembly

2010 ◽  
Vol 132 (18) ◽  
pp. 6306-6308 ◽  
Author(s):  
Yan Liang ◽  
David G. Lynn ◽  
Keith M. Berland
Keyword(s):  
Direct Observation ◽  
Self Assembly ◽  
Nucleation And Growth

Facile and one-pot solution synthesis of several kinds of 3D hierarchical flower-like α-Bi2O3 microspheres

2016 ◽  
Vol 09 (05) ◽  
pp. 1650059 ◽  
Author(s):  
Yajun Wang ◽  
Zexue Li ◽  
Haiyang Yu ◽  
Changgen Feng
Keyword(s):  
Self Assembly ◽  
Atmospheric Pressure ◽  
Three Dimensional ◽  
Water System ◽  
Nucleation And Growth ◽  
Synthesis Process ◽  
Solution Synthesis ◽  
One Pot ◽  
Capping Agents ◽  
Precipitation Synthesis

Several kinds of three-dimensional (3D) hierarchical constructed flower-like [Formula: see text]-Bi2O3 microspheres were prepared successfully via a simple solution precipitation synthesis at 95[Formula: see text]C and ambient atmospheric pressure in 1[Formula: see text]h. The synthesis process was operated in ethanol–water system as solvent with the assistance of glycerin and oleic acid as capping agents. These flower-like [Formula: see text]-Bi2O3 architectures with diameter of several micrometers were 3D self-assembled from nanorods or nanocubes step by step. By adjusting the concentration of the capping agents, various flower-like [Formula: see text]-Bi2O3 microspheres were obtained. The formation of the flower-like superstructures was attributed to the modification of nucleation and growth kinetics, and the guidance of self-assembly approach by capping agents. The formation mechanism of these microstructures was discussed briefly.

scholarly journals Millimeter-Sized Metal-Organic Framework Single Crystals without Inversion Symmetry: Controlled Growth and Self-Assembly Mechanism

2020 ◽  
Author(s):  
Juan Manuel Garcia Garfido ◽  
javier enriquez ◽  
Ignacio Chi-Duran ◽  
Ivam Jara ◽  
Leonardo Vivas ◽  
...  
Keyword(s):  
Single Crystals ◽  
Self Assembly ◽  
Metal Organic Framework ◽  
Nucleation And Growth ◽  
Crystal Nucleation ◽  
Ex Situ ◽  
External Control ◽  
Controlled Growth ◽  
Metal Organic ◽  
Organic Framework

The controllable growth of non-centrosymmetric metal organic framework (MOF) beyond the conventional micrometer crystal dimensions would represent an enabling step in the development of MOF-based devices for coherent nonlinear optics. This goal has been elusive so far, as MOF crystal typical self-assemble under metastable synthesis conditions that have several competing crystallization pathways open, and only a modest amount of external control over the crystal nucleation and growth rates is currently possible. We overcome some of these issues and achieve the controlled growth of large single crystals of the non-centrosymmetric MOF Zn(3-ptz)<sub>2</sub>, with surface areas of up to 25 mm<sup>2</sup> in 24 hours, in a single solvothermal reaction with <i>in-situ</i> ligand formation. No additional growth steps are necessary. We carry out a mechanistic study to unravel the reaction steps leading to the self-assembly of Zn(3-ptz)<sub>2</sub> crystals, by identifying and isolating several intermediate crystal structures that directly connect with the target MOF, and reversibly interconverting between them. We identify the synthesis parameters that control the size and morphology of our target MOF crystal and model its nucleation and growth kinetics using <i>ex-situ</i> image processing data. Our work is a step forward is understanding and controlling the factors that stabilize the growth of high-quality MOF crystals with sizes that are relevant for coherent optics, thus untapping possible applications of metal-organic frameworks in classical and quantum communication technology.

Controlled Synthesis of Calcium Carbonate Crystals with Superstructure on the Templates of Bamboo Leaves /Mg2+

2013 ◽  
Vol 683 ◽  
pp. 647-650
Author(s):  
Yi Ping Wu
Keyword(s):  
Calcium Carbonate ◽  
Self Assembly ◽  
Concentration Ratio ◽  
Room Temperature ◽  
Nucleation And Growth ◽  
Inorganic Materials ◽  
New Method ◽  
Controlled Synthesis ◽  
Self Similarity ◽  
Bamboo Leaves

In this paper, a kind leaf of fresh plant  bamboo, was used as template to control the growth of calcium carbonate at room temperature. The products were characterized by SEM, XRD and FTIR. The nucleation and growth of aragonite crystals were induced by making use of the bamboo leaves containing a lot of biomacromolecules in the presence of Mg2+. Different morphologies and structures of the products were obtained by adjusting the concentration ratio of Mg2+ to Ca2+. The results show that crystal morphologies of CaCO3 produced on the bamboo leaves and glass in the presence of Mg2+ were changed. The products with self-assembly and self-similarity superstructures were gained in bamboo leaves/Mg2+ system. This study may supply a new method for the synthesis of inorganic materials with superstructures.

scholarly journals Millimeter-Sized Metal-Organic Framework Single Crystals without Inversion Symmetry: Controlled Growth and Self-Assembly Mechanism

2020 ◽  
Author(s):  
Juan Manuel Garcia Garfido ◽  
javier enriquez ◽  
Ignacio Chi-Duran ◽  
Ivam Jara ◽  
Leonardo Vivas ◽  
...  
Keyword(s):  
Single Crystals ◽  
Self Assembly ◽  
Metal Organic Framework ◽  
Nucleation And Growth ◽  
Crystal Nucleation ◽  
Ex Situ ◽  
External Control ◽  
Controlled Growth ◽  
Metal Organic ◽  
Organic Framework

The controllable growth of non-centrosymmetric metal organic framework (MOF) beyond the conventional micrometer crystal dimensions would represent an enabling step in the development of MOF-based devices for coherent nonlinear optics. This goal has been elusive so far, as MOF crystal typical self-assemble under metastable synthesis conditions that have several competing crystallization pathways open, and only a modest amount of external control over the crystal nucleation and growth rates is currently possible. We overcome some of these issues and achieve the controlled growth of large single crystals of the non-centrosymmetric MOF Zn(3-ptz)<sub>2</sub>, with surface areas of up to 25 mm<sup>2</sup> in 24 hours, in a single solvothermal reaction with <i>in-situ</i> ligand formation. No additional growth steps are necessary. We carry out a mechanistic study to unravel the reaction steps leading to the self-assembly of Zn(3-ptz)<sub>2</sub> crystals, by identifying and isolating several intermediate crystal structures that directly connect with the target MOF, and reversibly interconverting between them. We identify the synthesis parameters that control the size and morphology of our target MOF crystal and model its nucleation and growth kinetics using <i>ex-situ</i> image processing data. Our work is a step forward is understanding and controlling the factors that stabilize the growth of high-quality MOF crystals with sizes that are relevant for coherent optics, thus untapping possible applications of metal-organic frameworks in classical and quantum communication technology.

Self-assembly and dynamics of liquid crystals

2008 ◽  
Author(s):  
Mahdy Elmahdy
Keyword(s):  
Liquid Crystals ◽  
Self Assembly ◽  
Nucleation And Growth

Στην εργασία αυτή μελετήθηκε η αυτο-οργάνωση και η δυναμική μιας σειράς δισκόμορφων και ραβδόμορφων υγρών κρυστάλλων, με εφαρμογές στα ηλεκτρονικά και σε εύκαμπτες οθόνες, με σκοπό να απαντηθούν ορισμένα ανοικτά επιστημονικά ερωτήματα. Για το σκοπό αυτό έγινε η σύνθεση μιας σειράς κατάλληλα τροποποιημένων (Mr. X. Dou/Prof. Müllen) με ηλεκτρικά δίπολα δισκόμορφων υγρών κρυστάλλων και μελετήθηκαν ως προς τη δομή (με χρήση σκέδασης ακτινών X, πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού, διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης, πολωτικής οπτικής μικροσκοπίας) και τη δυναμική (με χρήση διηλεκτρικής φασματοσκοπίας και πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού). Τα ερωτήματα που απαντήθηκαν στην παρούσα εργασία είναι: (i) η επίδραση του δίπολου στη θερμοδυναμική σταθερότητα της κρυσταλλικής φάσης, (ii) η δυναμική των δίσκων στην κιονική φάση, (iii) το θερμοδυναμικό διάγραμμα ισορροπίας φάσεων καθώς και (iv) η κινητική της δημιουργίας της κρυσταλλικής φάσης μέσα από συγκεκριμένα «μονοπάτια» του διαγράμματος ισορροπίας φάσεων. Ειδικότερα, η πλήρης εξήγηση της «αργής» και «γρήγορης» δυναμικής στην κιονική φάση, το διάγραμμα ισορροπίας φάσεων και η κινητική της δημιουργίας και ανάπτυξης της κρυσταλλικής φάσης έγιναν για πρώτη φορά. Πιο αναλυτικά, στους μη τροποποιημένους (Dr. Μ. Kastler/Prof. Müllen) δισκόμορφους υγρούς κρυστάλλους (HBC) βρέθηκε ένας ασθενής μηχανισμός κίνησης που «παγώνει» στους 215 Κ. Οι τεχνικές της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας και του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (Dr. Μ. Mondeshki/Prof. Spiess) απέδειξαν ότι η κίνηση αυτή οφείλεται στην αξονική περιστροφή των δίσκων μέσα στους κίονες η οποία παγώνει σε μία θερμοκρασία γνωστή σαν σημείο υάλου (Tg). Έγινε η σύνθεση τροποποιημένων δισκόμορφων υγρών κρυστάλλων με ισχυρά (CN, Br) καθώς και με λιγότερο ισχυρά δίπολα (OCH₃, Ο≡Η). Το αποτέλεσμα της τροποποίησης με τα ισχυρά δίπολα ήταν η αποσταθεροποίηση της κρυσταλλικής φάσης. Αντίθετα η κρυσταλλική φάση επανεμφανίζεται όταν η τροποποίηση γίνεται με ασθενέστερα δίπολα. Επίσης αποδείχθηκε ότι η προέλευση του μηχανισμού κίνησης, με την ισχυρή εξάρτηση από τη θερμοκρασία, οφείλεται στην περιστροφική κίνηση των δίσκων στην κιονική φάση. Το σημείο υάλου βρέθηκε στους 236 Κ για την υγροκρυσταλλική φάση και στους 253 Κ για την κρυσταλλική φάση. Ένα σημαντικό συμπέρασμα από αυτή τη μελέτη ήταν ότι το είδος της φάσης (κρυσταλλική ή υγροκρυσταλλική) ελέγχει απόλυτα τη δυναμική των δίσκων εντός των κιόνων. Μια άλλη παρατήρηση είναι ότι οι χαρακτηριστικοί χρόνοι ηρέμησης καθώς και η κατανομή των χρόνων ηρέμησης παρουσιάζουν πολύ διαφορετική θερμοκρασιακή εξάρτηση εντός των υγροκρυσταλλικών και των κρυσταλλικών φάσεων. Αυτή η παρατήρηση βοήθησε στην κατασκευή του πρώτου διαγράμματος ισορροπίας φάσεων δισκόμορφων υγρών κρυστάλλων του τύπου HBC. Αποτέλεσμα του διαγράμματος ήταν η παρατήρηση ότι η κρυσταλλική φάση παρουσιάζει μεγαλύτερη σταθερότητα σε υψηλές πιέσεις. Στη συνέχεια μελετήθηκε η κινητική του σχηματισμού της κρυσταλλικής φάσης σαν συνέπεια της απότομης μεταβολής της πίεσης, με σκοπό τη μελέτη: (i) ενδιάμεσων φάσεων, (ii) των σημείων εμφάνισης πυρήνων της νέας φάσης, καθώς και (iii) της ύπαρξης μετασταθών καταστάσεων. Τα αποτέλεσμα της μελέτης κατέδειξαν την απουσία ενδιάμεσων φάσεων αλλά έδειξαν την ύπαρξη μεταστάθειας με μεγάλο χρόνο ζωής καθώς και κλασματικούς εκθέτες με ισχυρή εξάρτηση από τη θερμοκρασία και την πίεση της τελικής κατάστασης. Παρότι τα περισσότερα από αυτά τα δεδομένα βρίσκονται σε συμφωνία με ένα μηχανισμό γέννησης και ανάπτυξης των πυρήνων (nucleation and growth) η εξάρτηση των χαρακτηριστικών χρόνων οργάνωσης από την ενεργό δύναμη, υπεύθυνη για τη δημιουργία της κρυσταλλικής φάσης, δεν έχει την αναμενόμενη εξάρτηση. Σε σχέση με τους ραβδόμορφους υγρούς κρυστάλλους έγινε η σύνθεση μίας σειράς ολιγο-ινδενιοφλουορενίων καθώς και του αντίστοιχου πολυμερούς και μελετήθηκαν ως προς τη δομή και τη δυναμική. Τα ολιγομερή αυτά μπορούν να θεωρηθούν σαν μοντέλα συστήματα ραβρόμορφων υγρών κρυστάλλων με εφαρμογές σε οργανικές διόδους εκπομπής φωτός (OLEDs). Μελετήθηκαν (i) η παρουσία/απουσία δομικών σφαλμάτων (κετόνες) υπεύθυνων για τη μεταβολή της χρωματικής εκπομπής, (ii) το είδος και η σταθερότητα των φάσεων καθώς και (iii) η προέλευση της δυναμικής υπεύθυνης για τη δημιουργία υάλου. Τα αποτελέσματα ως προς την καθαρότητα, το είδος των φάσεων καθώς και τη δυναμική έδειξαν πολλές ομοιότητες με τα αντίστοιχα ολιγο-φλουορένια. Για παράδειγμα, και τα δύο συστήματα έχουν χαμηλή διηλεκτρική ένταση και χαμηλή αγωγιμότητα που αποδεικνύει την απουσία ατελειών και οδηγεί σε σταθερή εκπομπή μπλε φωτός. Παρόλα αυτά βρέθηκαν και μερικές σημαντικές διαφορές. Τα ολιγο-ινδενιοφλουορένια έχουν μεγαλύτερη οργάνωση σε μικροσκοπικό επίπεδο και δημιουργούν σμηκτικές φάσεις σε αντίθεση με τα ολιγο-φλουορένια που σχηματίζουν νηματικές φάσεις. Οι σμηκτικές φάσεις έχουν ιδιαίτερη σημασία σε ηλεκτρονικές εφαρμογές διότι είναι περισσότερο οργανωμένες. Τα πολυμερή των ινδενιοφλουορενίων έχουν επίσης χαμηλότερο σημείο υάλου από τα αντίστοιχα πολυμερή των φλουορενίων και επομένως παρουσιάζουν μεγαλύτερη ευκαμψία σε ένα εύρος θερμοκρασιών. Τα παραπάνω πλεονεκτήματα των ινδενιοφλουορενίων είναι κρίσιμα για εφαρμογές σε εύκαμπτες οθόνες από οργανικές διόδους εκπομπής φωτός (OLEDs).

Directed Self-Assembly of Star-Block Copolymers by Topographic Nanopatterns through Nucleation and Growth Mechanism

Small ◽  
2018 ◽  
Vol 14 (16) ◽  
pp. 1704005 ◽  
Author(s):  
Mohan Raj Krishnan ◽  
Kai-Yuan Lu ◽  
Wen-Yu Chiu ◽  
I-Chen Chen ◽  
Jheng-Wei Lin ◽  
...  
Keyword(s):  
Block Copolymers ◽  
Growth Mechanism ◽  
Self Assembly ◽  
Nucleation And Growth ◽  
Star Block Copolymers ◽  
Nucleation And Growth Mechanism

scholarly journals Self-assembly of photonic crystals by controlling the nucleation and growth of DNA-coated colloids

2021 ◽  
Vol 119 (1) ◽  
pp. e2114050118
Author(s):  
Alexander Hensley ◽  
William M. Jacobs ◽  
W. Benjamin Rogers
Keyword(s):  
Self Assembly ◽  
Nucleation And Growth ◽  
Structural Coloration ◽  
Optical Metamaterials ◽  
Thermally Activated ◽  
Diffusion Limited ◽  
Quantitative Accuracy ◽  
Stringent Test ◽  
And Control ◽  
Kinetics Of

DNA-coated colloids can self-assemble into an incredible diversity of crystal structures, but their applications have been limited by poor understanding and control over the crystallization dynamics. To address this challenge, we use microfluidics to quantify the kinetics of DNA-programmed self-assembly along the entire crystallization pathway, from thermally activated nucleation through reaction-limited and diffusion-limited phases of crystal growth. Our detailed measurements of the temperature and concentration dependence of the kinetics at all stages of crystallization provide a stringent test of classical theories of nucleation and growth. After accounting for the finite rolling and sliding rates of micrometer-sized DNA-coated colloids, we show that modified versions of these classical theories predict the absolute nucleation and growth rates with quantitative accuracy. We conclude by applying our model to design and demonstrate protocols for assembling large single crystals with pronounced structural coloration, an essential step in creating next-generation optical metamaterials from colloids.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document