Quasikristalline Ordnung In Selbst Zusammengebaute Binäre Optionen

Analyse von Versetzungen in Quasikristallen aus selbstorganisierten Nanopartikeln Zitieren Sie dieses Papier als: Korkidi L. Barkan K. Lifshitz R. (2013) Analyse von Versetzungen in Quasikristallen, die aus selbstorganisierten Nanopartikeln bestehen. In: Schmid S. Withers R. Lifshitz R. (eds) Aperiodische Kristalle. Springer, Dordrecht Wir analysieren Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) Bilder von selbstorganisierten Quasikristallen aus Binärsystemen von Nanopartikeln. Wir verwenden ein automatisiertes Verfahren, das die Positionen der Versetzungen identifiziert und ihren topologischen Charakter bestimmt. Um dies zu erreichen, zersetzen wir den Quasikristall in seine individuellen Dichtemodi oder Fourier-Komponenten und identifizieren ihre topologischen Wicklungszahlen für jede Versetzung. Diese Prozedur verknüpft eine Burger-Funktion mit jeder Versetzung, aus der wir die Komponenten des Burger-Vektors nach der Auswahl einer Basis extrahieren. Die Burger-Vektoren, die wir in den experimentellen Bildern sehen, sind alle von der niedrigsten Ordnung, die nur 0s und 1s als ihre Komponenten enthält. Wir argumentieren, dass die Dichte der verschiedenen Arten von Burger-Vektoren von ihren energetischen Kosten abhängt. Referenzen Barak, G, Lifshitz, R (2006) Dislokationsdynamik in einer dodecagonalen quasiperiodischen Struktur. Philos Mag 86: 1059 Doi: 10.108014786430500256383 CrossRef Google Scholar Barkan, K, Diamant, H, Lifshitz, R (2011) Stabilität von Quasikristallen aus weichen isotropen Partikeln. Phys Rev B 83: 172201. Doi: 10.1103PhysRevB.83.172201 CrossRef Google Scholar Bodnarchuk, MI, Schewtschenko, EV, Talapin, DV (2011) Strukturelle Defekte in periodischen und quasikristallinen binären Nanokristall-Übergittern. J Am Chem Soc 133: 20837 Doi: 10.1021ja207154v CrossRef Google Scholar Dotera, T (2012) Auf dem Weg zur Entdeckung neuer weicher Quasikristalle: aus einer numerischen Studie Sicht. 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Hervorhebung der entropischen Wirkung als die Haupttriebkraft der Selbstorganisation von BNSLs. Wir diskutieren auch die Implikation von Oberflächentopologie-Studien und die Beobachtung von Partnerschaften und Präferenzorientierung in bcc-AB 6 auf dem Wachstumsmechanismus von BNSLs. Darüber hinaus zeigt die Verbindung zwischen der bcc-AB 6 - Phase und der (3 2 .4.3.4) archimedischen Fliesen das Versprechen der weiteren Erforschung der strukturellen Vielfalt (sowohl periodisch als auch aperiodisch) in dieser aufkommenden Klasse von Metamaterialien. Die Identifizierung und die Fähigkeit, die relative Phasenstabilität von polymorphen Strukturen abzustimmen, bieten eine einmalige Gelegenheit, die Interpartikelkupplung durch kontrollierte Clusterbildung und die Interkonnektivität von Untergitter in BNSLs mit identischer Stöchiometrie zu konstruieren. TEM-Bilder von Fe 3 O 4 und Au NCs, XRD-Muster von 4,6 nm Au NCs, elektrophoretische Mobilitätsmessungen von Fe 3 O 4 und Au NCs, dispergiert in TCE, zusätzliche TEM - und SEM-Bilder, die die Langstreckenordnung und Partnerschaften in bcc - AB 6 BNSLs und ihre Koexistenz mit CaB 6 - Struktur und (3 2 .4.3.4) Archimedische Fliesen, Tilt-Reihen von bcc-AB 6 BNSLs ab 100-orientierten Domains und eine Bibliothek von Raum-füllenden Kurven und die mathematischen Ausdrücke für Jeder Zweig der Kurven. Dieses Material ist kostenlos über das Internet unter pubs. acs. org erhältlich. ACS Publications hat kein Abonnement für diese Publikation. Bitte wenden Sie sich an Ihren Bibliothekar, um zu empfehlen, dass Ihre Institution diese Publikation abonniert hat. Erhalten Sie vorübergehenden Zugriff auf diesen Inhalt. ACS-Mitglieder erwerben zusätzliche Zugriffsoptionen Fragen Sie Ihre Bibliothek, um Ihnen und Ihren Kollegen einen kostenlosen Zugriff auf ACS-Publikationen zu ermöglichen. Verwenden Sie Ihr kostenloses ACS-Mitglied Universal Access (falls vorhanden) Kauf dieses Inhalts Wählen Sie aus den folgenden Optionen: Kolloidale Quasikristalle mit 12-fach und 18-fach Beugungssymmetrie Micellen sind das einfachste Beispiel für die Selbstorganisation in der Natur. Wie viele andere Kolloide können sie sich in wässriger Lösung selbst zusammenbauen, um geordnete periodische Strukturen zu bilden. Diese Strukturen zeigten bisher alle klassischen kristallographischen Symmetrien. Hier berichten wir, dass sich Mizellen in der Lösung zu quasikristallinen Phasen zusammensetzen können. Wir beobachten Phasen mit 12-facher und 18-facher Beugungssymmetrie. Kolloidale wasserbasierte Quasikristalle sind physikalisch und chemisch sehr einfache Systeme. Makroskopische Monodomain-Proben der Zentimeter-Dimension können leicht vorbereitet werden. Phasenübergänge zwischen der fcc-Phase und den beiden quasikristallinen Phasen können in situ durch zeitaufgelöste Beugungsexperimente leicht verfolgt werden. Die Entdeckung quaskristalliner kolloidaler Lösungen führt das theoretische Verständnis von Quasikristallen beträchtlich vor, da für diese Systeme die Stabilität der quasikristallinen Zustände theoretisch für den Konzentrations - und Temperaturbereich vorhergesagt wurde, wo sie experimentell beobachtet werden. Auch für den Einsatz von Quasikristallen in fortgeschrittenen Werkstoffen ist diese Entdeckung von besonderer Bedeutung, da sie den Weg zu quasikristallinen photonischen Bandlückenmaterialien über etablierte kolloidale Selbstmontagetechniken auf Wasserbasis eröffnet. Micellen sind die einfachste Art der Selbstmontage Struktur in der Natur gefunden. Sie werden durch die Assoziation von amphiphilen Molekülen in Lösung gebildet. Micellen sind ubiquitäre Kolloide, die in Waschmitteln verwendet werden, für die Solubilisierung von Arzneimitteln sowie für die Herstellung von fortgeschrittenen Materialien (1). Oberhalb von Konzentrationen von etwa 10 gibt es einen orderdisorder Übergang, wo Micellen sich selbst zu flüssigkristallinen Strukturen zusammensetzen. Bei sphärischen Micellen sind die gebräuchlichsten Strukturtypen kubische Symmetrie mit Raumgruppen (fcc) oder (körperzentrierte Kubik). Wir untersuchten das flüssigkristalline Phasenverhalten von polymeren Micellen in diesem Konzentrationsbereich detaillierter. Für diese Untersuchung verwendeten wir Blockcopolymer-Micellen, die einen gut definierten mizellaren Kern mit den hydrophoben Polymerblöcken aufweisen, die von einer relativ großen Schale umgeben sind, die aus den hydrophilen Polymerblöcken besteht. Als Blockcopolymere verwendeten wir Poly (isopren-b-ethylenoxid), PI n - PEO m. Mit unterschiedlichen Polymerisationsgraden n und m der jeweiligen Polymerblöcke. Durch Scherungsorientierung unter Verwendung von Plattenplatten oder Searle-Typ-Rheometern können große Monodomain-Proben mit einer Zentimeter-Dimension hergestellt werden, die es ermöglichen, die flüssigkristalline Struktur unter Verwendung von Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) und Kleinwinkel-Neutronenstreuung (SANS) zu bestimmen, (2). Bei der Untersuchung des Phasenverhaltens von PI 30 - PEO 120 Micellen nahe dem orderdisorder Übergang mit Synchrotron SAXS und SANS entdeckten wir Phasen mit Beugungsmustern der 12- (Q12) und 18-fachen (Q18) Beugungssymmetrie (Abb. 1). Mit zunehmender Konzentration finden wir bei einer Temperatur von 20 ° C eine Abfolge von Phasen Unordentlich 13Q1218 Kubisch (fcc). Im Konzentrationsbereich zwischen 13 und 18 beobachten wir die Q12-Phase bei Zwischentemperaturen (15 und 20 C) stabil, wobei die Q18-Phase bei niedrigeren Temperaturen (10 C) stabil ist und die fcc-Phase stabil ist Temperaturen gleich und über 25 ° C. In den Streukurven von isotropen Proben im Konzentrationsbereich zwischen 1420 bei 20 ° C ist der Phasenübergang fcc Q12 nur aus der Unterdrückung der 110 Reflexion und der Entwicklung eines schwachen Maximums bei q 0,45 nm deutlich -1 (siehe Abb. 2). Jede der Streukurven in Fig. 2 wurde an einer Synchrotron-Strahllinie (BW4, DESY) durch sukzessive Belichtungen von 30-minütiger Dauer (zur Überprüfung möglicher Strahlschäden) mit einem Pilatus 300-k-Detektor gemessen. Messungen über einen breiteren Konzentrationsbereich zwischen 1025 wurden mit niedrigerer Auflösung durchgeführt und sind in SI Text dargestellt. Aus den Peakpositionen und den Positionen der Formfaktor-Oszillationen in der Streukurve der fcc-Phase berechnen wir eine Einheitszelldimension von 52,2 nm und einen Radius des Mizellenkerns von 8,1 nm. Synchrotron SAXS (A. B. und C) und SANS (D und E) Beugungsmuster der fcc Phase (A) und der quasikristallinen Phasen Q12 (B, D und E) und Q18 (C). Die SANS-Muster wurden parallel (D) und normal (E) zur 12-fachen Rotationsachse aufgezeichnet. Die Kreise und Linien zeigen die Position der Reflexionen an, die mit den berechneten Positionen für einen Quasikristall in Fig. 6. Der Streuvektor q ist in nm -1 angegeben, die Intensität wird auf einer logarithmischen Skala angezeigt. Beugungsmuster der dodecagonalen Phase (A und D), der 030-gedrehten multidomain fcc-Phase (B und E), der enneagonalen Phase (C) und der 02040-gedrehten multidomain fcc-Phase (F). A und C werden für die h 1 h 2 h 3 h 4 0 reziproke Raumschicht, D senkrecht dazu berechnet. Die umkreistenden Reflexionen werden experimentell beobachtet. Die in Weiß umschlossenen Reflexionen treten sowohl für die quasikristalline als auch für die gemischte fcc-Struktur auf. Die in Gelb umrandeten Reflexe treten nur für die quasikristallinen Strukturen auf und werden experimentell beobachtet. Die Reflexionen für die Quasikristalle werden auf der Basis eines Satzes von fünf reziproken Basenvektoren für die Q12-Phase und auf einem Satz von sieben reziproken Basenvektoren für die Q18-Phase indiziert. Serie von Synchrotron-Kleinwinkel-Röntgenstreuungskurven für isotrope Proben im Konzentrationsbereich zwischen 14 und 20. Bei den Konzentrationen von 18 und 20 sind die beobachteten Peakpositionen in guter Übereinstimmung mit einer fcc-Struktur (Raumgruppe). Die Streukurven bei niedrigeren Konzentrationen zeichnen sich durch eine Unterdrückung der Intensität der Reflexion von 110 und die Entwicklung eines Peaks bei q 0,45 nm -1 aus. Die für die dodecagonale Struktur entspricht der Reflexion von 20100 Feige. 1 zeigt die Beugungsmuster von scherorientierten Proben für die Q12-, Q18- und fcc-Phasen. Für die Q12-Phase beobachten wir ein Beugungsmuster mit 12-facher Symmetrie (Abb. 1 B) für die Q18-Phase mit 18-facher Symmetrie (Abb. 1 C). Das Beugungsmuster der fcc-Phase zeichnet sich durch eine 6-fache Beugungssymmetrie mit ausgeprägten Reflexionen aus (Abb. 1 A). Das Vollbeugungsmuster der Q12-Phase, gemessen mit einem Großflächendetektor, ist in SI-Text dargestellt. Die Q12-Phase wurde ebenfalls von SANS untersucht, und das Beugungsmuster mit der charakteristischen 12-fachen Beugungssymmetrie ist in Fig. 1 gezeigt. 1 D. Zusätzlich wurde die Beugung in der orthogonalen Richtung bestimmt und ist in Fig. 1 gezeigt. 1 E Die Q12- und Q18-Phasen sind nach dem Scheren stabil. Beim Abtasten mit dem Strahl (20 40 m) durch die Probe (30 mm Durchmesser) werden die gleichen Beugungsmuster gefunden. Wir vervielfältigten die Ergebnisse durch die Synthese weiterer Blockcopolymere mit ähnlichen Blocklängen, d. h. PI 30 - PEO 124 und PI 32 - PEO 120, die genau das gleiche Verhalten zeigten. Um einen Einblick in die topologischen Veränderungen während des Phasenübergangs von fcc in die Q12- und Q18-Phase zu erhalten, haben wir zeitaufgelöste Mikrofokus-Synchrotron-SAXS-Experimente durchgeführt. Die Probe, eine mizellare PI 30 - PEO 120-Lösung bei 15, wurde unter oszillatorischer Scherung gekühlt, um Phasenübergänge von einer fcc-Monodomäne in die Q12- und die Q18-Phase zu induzieren. Beugungsmuster wurden in 10-s-Rahmen aufgezeichnet und sind in Fig. 1 gezeigt. 3. Am Anfang beobachten wir das charakteristische Beugungsmuster der fcc-Phase mit ihrer 6-fachen Beugungssymmetrie. Die starken 220 Reflexionen, aber auch die schwachen Reflexionen werden beobachtet. Im zweiten Beugungsmuster, gemessen nach 10 s, ist ein zweiter Satz von sechs starken Reflexionen (6 2) zwischen den sechs 220 Reflexionen (6 1), die durch den Pfeil angedeutet sind, erschienen. Dies signalisiert den Übergang in die Q12-Phase. Nach 40 s hat sich die Q12-Phase voll entwickelt. Nach 50 s beginnt der Übergang in die Q18-Phase durch die Aufspaltung der sechs (6 1) Reflexionen (siehe Pfeile in Abb. 3), die sich dann in zwei Peaks entwickeln, die durch einen azimutalen Winkel von 20 getrennt sind Sechs (6 2) Reflexionen bleiben bei dieser Umlagerung unverändert. Dies führt zu dem Beugungsmuster der Q18-Phase mit ihrer 18-fachen Beugungssymmetrie. Bei Phasenübergängen gibt es eine signifikante Erhöhung der Vorwärtsstreuung aufgrund der Heterogenitäten der biphasischen Regionen. Zeitaufgelöstes Mikrofokus-Synchrotron-SAXS-Experiment, das den temperaturinduzierten Übergang von der fcc-Phase zu den Q12- und Q18-Phasen zeigt. Die Beugungsmuster wurden in 10-s-Frames aufgezeichnet. Die gestrichelte Linie zeigt an, dass die betroffene Längenskala während des Phasenübergangs konstant bleibt. Der Übergang in die Q12-Phase erfolgt nach Erscheinen eines zusätzlichen Satzes von sechs Reflexionen nach 10 s und anschließend in die Q18-Phase durch Aufspaltung in weitere sechs Reflexionen nach 50 s, wie durch die Pfeile angedeutet. Die beobachteten kristallographisch verbotenen Beugungsmuster mit 12-facher und 18-facher Beugungssymmetrie könnten das Ergebnis der Bildung einer quasikristallinen Phase sein, könnte aber auch auf die Anwesenheit einer twinned-fcc-Polydomain-Struktur zurückzuführen sein. Die zeitaufgelösten Experimente deuten darauf hin, dass der Übergang von der fcc-Phase () zu den Q12- und Q18-Phasen über Umlagerungen von Micellen in den (111) - Schichten der fcc-Phase erfolgt. Solche Umlagerungen könnten zu einer 30-Rotation der (111) - Schichten führen. Für eine Multidomain-Struktur, die aus der gleichen Anzahl von 30-gedrehten und - drosselten Schichten besteht, würde dies zu Beugungsmustern mit einer 12-fachen Rotationssymmetrie in der 111-Richtung führen. Um mit der Spiegelsymmetrie des in der senkrechten Richtung beobachteten Beugungsmusters übereinzustimmen (Abb. 1 E), sollten Domänen von Schichten mit ABCA-Stapelung sowie Domänen mit dem entsprechenden Zwillings-ACBA-Stapeln mit gleicher Wahrscheinlichkeit vorliegen. Um die entsprechenden Beugungsmuster zu berechnen, betrachteten wir eine Multidomänenstruktur, bestehend aus Sequenzen (ABC) n (A B C) n (ACB) n (A C B) n von Schichten, die die strukturellen Merkmale gleicher Anzahl von twinned und 30-gedrehten nichtrotierten Schichten enthalten. Diese Schichtstapelung ist in Fig. 1 dargestellt. 4 E Der Index n bezeichnet die Anzahl der Schichtwiederholungen und die Primzahlen zeigen 30-gedrehte Schichten an. Wir finden, dass die Beugungsmuster für n 2, parallel und senkrecht zu den (111) - Schichten, den für andere Stapelsequenzen berechneten Beugungsmustern sehr ähnlich sind. Micellar-Packung in der fcc-Phase (A und D) in einer multidomänen 030-gedrehten, twinned-fcc-Phase (n 2) mit 12-facher Symmetrie (B und E) und in einer multidomänen 02040-gedrehten twinned fcc-Phase (n 1 ) Mit 18-facher Symmetrie (C und F). (Obere) Eine Ansicht normal zu den mizellaren Schichten (untere) eine Ansicht senkrecht zu den Schichten. Wegen der sechsfachen Symmetrie ist das Stapeln von alternativen 0,30,0-rotierten Domänen gleich einer Stapelung von 0,30,60, gedrehten Domänen, die der Struktur der smektischen verdrillten Korngrenze (TGB) sehr ähnlich sind ) Phasen. Die TGB-Phase besteht aus smektischen Körnern, die durch verdrehte Korngrenzen getrennt sind. Ist der Winkel zwischen den Schichtnormalen in benachbarten Brammen eine rationale Zahl PQ, so ist die TGB-Phase quasikristallin (3). Für diese Phasen wurden Beugungsmuster mit bis zu 18-facher Symmetrie oder höher berichtet (4. 5). Obwohl diese strukturelle Ähnlichkeit einen möglichen Stabilisierungsmechanismus für die vorgeschlagenen gedrehten (111) Schichten nahelegt, stellen wir fest, dass in den TGB-Phasen die Schichten um eine in der Ebene liegende Rotationsachse gedreht werden, während für die Multidomain-Fcc-Phase die Schichtstapel um eine Drehachse senkrecht zur Schichtebene (Abb. 4 B). Eine in der Ebene liegende Drehung, wie z. B. in der TGB-Phase, würde zu Beugungsmustern führen, die sich erheblich von den experimentell beobachteten Mustern in Fig. 1 unterscheiden. 1. Ähnliche Betrachtungen können für die Struktur mit 18-facher Beugungssymmetrie gemacht werden. Hier kann eine Multidomain-Fcc-Struktur vorgeschlagen werden, die aus gleicher Anzahl von twinned, nichtrotierten, 20-rotierten und 40-gedrehten (111) Schichten besteht. Um genau zu sein, berechneten wir das Beugungsmuster einer (ABC) n (A B C) n (A B C) n (ACB) n (A C B) n (A C B) n Sequenz. Auch in diesem Fall bezeichnet der Index n die Anzahl der Schichtwiederholungen, die Primzahlen zeigen 20-gedrehte Schichten an und die doppelten Primzahlen zeigen 40-gedrehte Schichten an. Durch die Konstruktion besitzt dieses Beugungsmuster eine 18-fache Beugungssymmetrie. Die schematische Struktur für n & sub1; ist in Fig. 1 gezeigt. 4 C und F. Das berechnete Beugungsmuster für n & sub2; ist in Fig. 1 gezeigt. 6 F. Zum Vergleich haben wir Modelle für quasikristalline Phasen konstruiert, so dass ihre Beugungsmuster eine 12-fache und eine 18-fache Rotationssymmetrie aufweisen, wobei die Positionen der Reflexionen in guter Übereinstimmung mit den experimentell beobachteten Beugungsmustern in Fig. 1. Um zu gehen, stellen wir fest, daß die Projektion der (111) - Schichten in der 111-Richtung durch eine periodische Kachelung von rhomboedrischen Fliesen mit einer 6-fachen Beugungssymmetrie (Fig. 5D) dargestellt werden kann. Auf dieser Fliese kann man nichtperiodische Tilings mit 9-facher (enneagonaler) (Abb. 5 G) und 12-facher (dodecagonaler) Symmetrie erzeugen (Abb. 5 F). Der Skalierungsfaktor zwischen den Basen der 6-fachen, 9-fachen und 12-fachen Fliesen kann aus ihren sechseckigen periodischen Durchschnittsstrukturen (PAS) (Abb. 5 E) auf 1.485 und 0.536 (6) abgeleitet werden. Die Vollschichtstruktur wird dann durch Dekoration der Fliesen mit Micellen erzeugt. Die Fliesen und ihre jeweiligen Tilings sind in Abb. 5 F für das 12-fache und in Fig. 5 G für die 9-fach Fliesen. Aufgrund des gemeinsamen PAS sind für den Übergang von der FCC zu der dodecagonalen und enneagonalen Struktur nur kleine Umlagerungen der Position der Micellen erforderlich (siehe Abb. 5 B und C). Aus den Koordinaten der Micellen werden die Beugungsmuster berechnet und sind in Fig. 1 dargestellt. 6. Schematische Darstellung einer Schicht aus sechseckig gepackten Polymermicellen (A), eine Auflage, die die strukturelle Beziehung zwischen einer fcc (111) - Schicht und den entsprechenden Schichten der enneagonalen und dodecagonalen Quasikristalle (B und C), einer periodischen Kachelung und der Fliesen, die die Projektion der fcc-Phase (D), die Fliesen und die Fliesen der dodecagonalen Q12-Phase (F) und der enneagonalen Q18-Phase (G) darstellen, und eine Überlagerung, die die strukturelle Beziehung zwischen dem fcc-Kristall und dem enneagonalen und Dodecagonale Quasikristalle mit ihrem jeweiligen PAS (E). Verschiedene Farben repräsentieren unterschiedliche Schichten. Wir bemerken, daß die berechneten Beugungsmuster des dodecagonalen Quasikristalls Reflexionen aufweisen, die in Fig. 1 gelb markiert sind. 6 A. Die nicht im Beugungsmuster der fcc multidomain twinned30-gedrehten Struktur vorhanden sind. Das Auftreten dieser Reflexionen in der dodecagonalen Phase hängt mit dem Verlust des ABC-Stapels und seiner Gleitebene beim Übergang in die Q12-Phase zusammen. Da diese Reflexionen experimentell beobachtet werden, sind sie ein starkes Indiz für die Bildung einer quasikristallinen Phase. Ferner kann die Position der in der senkrechten Richtung beobachteten Reflexionen (Fig. 1E) nicht unter der Annahme einer fcc-Struktur reproduziert werden, während das berechnete Beugungsmuster der dodecagonalen quasikristallinen Struktur eine gute Übereinstimmung aufweist, so daß man jede der beobachteten Reflexionen indexieren kann . Auch das berechnete Beugungsmuster des enneagonalen Quasikristalls weist Reflexionen auf, die im Beugungsmuster der fcc multidomain twinned20-40-rotierten Struktur nicht vorhanden sind. Das Auftreten dieser Reflexionen in den experimentell gemessenen Beugungsmustern der Q18-Phase ist ein weiterer starker Hinweis für die Bildung einer quasikristallinen Phase. Eine Besonderheit der SAXS-Beugungsmuster ist eine Unterdrückung der innersten Reflexionen der Q12- und der Q18-Phase, die mit dem entgegengesetzten Röntgenkontrast des mizellaren Kerns und der Schale in Bezug auf das Lösungsmittel zusammenhängt. Dies ist für den Neutronenkontrast unterschiedlich, so dass die Reflexionen sichtbar sind. Diskussion Die Beobachtung zusätzlicher Reflexionen und die Übereinstimmung zwischen berechneten und beobachteten Beugungsmustern parallel und senkrecht zur n-fachen Rotationsachse deuten stark auf die Bildung von quasikristallinen Strukturen hin. Die Beugungsmuster von weichen lyotropen Phasen zeigen im Allgemeinen keine größeren Reflexionen höherer Ordnung aufgrund struktureller Unvollkommenheiten. Zum Beispiel gibt es eine beträchtliche horizontale Verschmierung der 1000 n und 2000 n Reflexionen, die in dem experimentellen Beugungsmuster in Fig. 1 beobachtet wurden. 1 E Was anzeigt, dass die Micellen auf den Fliesenscheiteln nicht genau in der Ebene mit den anderen Micellen liegen. Die große Breite und die kleine Anzahl von Reflexionen begrenzen die vorhandenen strukturellen Informationen. Wir haben im Detail plausible alternative Strukturen wie Multidomain-TGB-Phasen, die zu 12- und 18-fach symmetrischen Beugungsmustern führen würden, aber in allen Fällen fanden wir, dass die vorgeschlagenen quasikristallinen Strukturen die bestmögliche Übereinstimmung mit den beobachteten Beugungsmustern ergeben . Wir können die Möglichkeit nicht ausschließen, daß eine noch unbekannte Struktur mit einer sehr großen Einheitszelle, eine ziemlich komplexe bislang unbekannte multidomain fcc () - Struktur oder die Koexistenz einer noch unbekannten Phase in ähnlicher Weise die beobachteten Beugungsmuster erklären könnte. Allerdings haben wir bisher keine Hinweise auf ihre Existenz, und alle verfügbaren experimentellen Daten können durch die Bildung der vorgeschlagenen quasikristallinen Strukturen gut erklärt werden. Quasikristalle wurden erst vor etwa 25 Jahren entdeckt (7.8) und finden sich am häufigsten in binären und ternären Metalllegierungen (9) und vor kurzem auch in binären Nanopartikelmischungen (10). Sie wurden auch in weichen Materialien wie Polyether-Dendronen (11) und Terblock-Stern-Copolymeren (12. 13) entdeckt. Dieser Bericht beschreibt Quasikristalle, die spontan durch Selbstorganisation in kolloidalen Lösungen gebildet werden. Da es sich um wasserbasierte Einkomponenten-Quasikristalle handelt, handelt es sich um physikalisch und chemisch sehr einfache Systeme. Quasikristalle mit 18-facher Beugungssymmetrie wurden bisher für jedes Material nicht gemeldet. Die Existenz von kolloidalen Quasikristallen wurde theoretisch für Kolloide mit weichen Wechselwirkungspotentialen (14) vorhergesagt. Sie wurden bei niedrigen Temperaturen in einem Bereich von Konzentrationen zwischen dem ungeordneten Zustand und den verpackten Kristallen von fcc oder hcp, die mit unseren experimentellen Beobachtungen übereinstimmen, vorhergesagt. Die Stabilität wurde auf eine Konkurrenz zwischen der Packungseffizienz, begünstigt die fcc oder hcp Kristall, und die nächste Nachbar-Koordination, begünstigt quasikristalline Ordnung verfolgt. Lifshitz und Diamant (15) erläuterten die Stabilität von weichen Einkomponenten-Quasikristallen mit der Existenz von zwei natürlichen Längenskalen zusammen mit der Anwesenheit von Dreikörper-Wechselwirkungen. Blockcopolymer-Micellen weisen ein weiches Wechselwirkungspotential auf, sind inhärent durch zwei Längenskalen charakterisiert, dh die Dimensionen des Mizellenkerns und der Micellenschale (siehe Fig. 5A) und zeigen eine Durchdringung von Polymerketten in benachbarten Schalen, die Dreikörper-Wechselwirkungen bilden signifikant. Sie stellen somit ein ideales Modellsystem dar, um ein theoretisches Verständnis der quasikristallinen Struktur und Stabilität zu entwickeln. Die ungewöhnliche Symmetrie der Quasikristalle wurde in den letzten Jahren für die Herstellung von photonischen Bandlückenanordnungen (16. 17) ausgenutzt. Aufgrund ihrer hohen Symmetrie induzieren und erweitern zweidimensionale quasiperiodische Strukturen die photonische Bandlücke und verhindern, dass sich Licht in einem Bereich von Wellenlängen in beliebiger Richtung ausbreitet. Um photonische Quasikristalle herzustellen, werden derzeit aufwändige Elektronenstrahl-lithographische Techniken verwendet. Da kolloidale Quasikristalle wasserbasiert sind, öffnet sich der Weg, um etablierte kolloidale Selbstorganisation naßchemische Wege zu verwenden, um photonische Quasikristalle zu erzeugen (18). Materialien und Methoden Polymersynthese und Probenvorbereitung. PI-PEO wurde durch sequentielle lebende anionische Polymerisation von Isopren und Ethylenoxid in THF (19) synthetisiert. Für die vorliegende Studie wurden drei Proben synthetisiert und untersucht: PI 30 - PEO 125. PI 30 - PEO 120 Und PI 32 - PEO 120. Wobei die Indizes die Polymerisationsgrade bezeichnen. Die Grad der Polymerisation und Polydispersitäten wurden durch MALDI-TOF-Massenspektrometrie, Größenausschlusschromatographie (Chloroform) und 1 H NMR bestimmt. Die Polydispersitäten M w M n waren lt 1,08. Die Proben wurden durch direktes Auflösen der Polymere in Wasser für die SAXS-Messungen und in D 2 O für die SANS-Messungen hergestellt. Kleinwinkel-Neutronenstreuung. Die Experimente wurden am Instrument D11 am Institut LaueLangevin durchgeführt. Die Neutronenwellenlänge betrug 0,6 nm bei 9. Die Daten wurden mit einem 3 He-gefüllten Flächendetektor mit einer Gesamtgröße von 96 cm 96 cm mit einer räumlichen Auflösung von 0,75 cm 0,75 cm pro Detektionselement gesammelt. Der Abstand der Probe-zu-Detektor betrug 5,0 m. Der Kollimationsabstand betrug 20,5 m, und ein 0,3 mm-Schlitz wurde als Probenapertur verwendet, um den realen Raum und die reziproke Raumauflösung zu maximieren. Einzelheiten der Instrumentierung und Datenreduktion finden sich an anderer Stelle (20). Die Probe (10 ml) wurde in eine Quarz-Scherzelle gefüllt, die aus einem stationären Außenbecher mit Temperaturregelung und einem rotierenden Innenzylinder (Searle-Geometrie) mit einem 1,0-mm-Spalt besteht, der in einem Bohlin CVO-Stress-kontrollierten Rheometer aufgestellt wurde. Die Probenstufe mit dem Rheometer konnte übersetzt werden, um alle Strahlpositionen von der radialen zur tangentialen Position zu erfassen und wobei der Neutronenstrahl die Probe senkrecht zur Rotationsachse trifft. Die Quarzzelle wurde bei Temperaturen von 15, 20, 25 und 30 ° C thermostatisiert. Die Proben wurden durch oszillierende Scherung bei Amplituden von 0,51 und Frequenzen von 520 s -1 scherorientiert. Die Struktur und der Orientierungszustand der scherorientierten Proben waren zeitlich nach Beendigung der Scherung stabil. Kleinwinkel-Röntgenstreuung. Synchrotron-SAXS-Experimente wurden an der BW4-Strahllinie durchgeführt. HASYLABDESY. Die Strahllinien wurden entweder mit einem zweidimensionalen CCD-Detektor (MAR Research) oder einem Pilatus 100-k-Detektor ausgestattet und mit einer Wellenlänge von 0,138 nm betrieben. Der Probendetektorabstand wurde zwischen 1,25 und 2,10 m für eine optimale Abdeckung des q-Bereichs mit einem mäßig fokussierten Mikrostrahl von 20 m 40 m (vertikaler horizontaler) Durchmesser (21) variiert. Der rotierende Anodenaufbau besteht aus einer rotierenden Cu-Anode, einem Gbel-Spiegel und Bildplattendetektoren (Fuji) mit einem Probendetektorabstand von 1,00 m. Der Strahldurchmesser betrug 1,0 mm. Die Probe wurde unter Verwendung eines Linkam-Rheometers mit Plattenplattengeometrie und einer Lücke von 0,3 mm mit einer oszillierenden Scherung bei Amplituden von 0,51,0 und Frequenzen zwischen 520 s -1 scherorientiert. Berechnung von Beugungsmustern. Die Beugungsmuster wurden aus den Koordinaten der Micellen in den Fliesenmodellen in Fig. 1 berechnet. 3 C und D nach typischerweise einer Anzahl von N gt 1.000 Micellen. 1 an wen Korrespondenz gerichtet werden soll E-Mail: stephan. foerster uni-bayreuth. de. Autor Beiträge: S. Forster entworfen Forschung S. Fischer, A. E. und K. Z. Durchgeführt J. P. und P. L. Beigetragen neue Reagenzien analytische Werkzeuge S. D. W. S. Und S. Forster analysierte Daten und S. Forster schrieb die Zeitung. Die Autoren erklären keinen Interessenkonflikt. Dieser Artikel ist ein PNAS Direct Submission.