Кристаллическая решетка железа картинки: Модель демонстрационная «Кристаллическая решетка железа». Цена, фото, описание товара

alexxlab | 18.05.1978 | 0 | Разное

Типы метеоритов – РИА Новости, 29.02.2020

Метеоритам, как падениям, так и находкам, обычно дают имена по названию ближайшего населенного пункта или местности, где они были обнаружены. В случае, когда на небольшом участке находят несколько разных метеоритов, в названии метеорита присутствует номер находки.

По вещественному составу метеориты подразделяются на три класса: каменные, железо-каменные и железные. Каменные состоят в основном из силикатов (оливина и пироксена). В железных метеоритах преобладающая фаза — никелистое железо. Железо-каменные метеориты состоят из силикатов и никелистого железа примерно в одинаковых пропорциях.

Каменные метеориты делятся на два подкласса: хондриты и ахондриты.

Хондриты получили свое имя благодаря тому, что все они (за редкими исключениями) содержат хондры — сфероидальные образования преимущественно силикатного состава. Большинство хондр меньше миллиметра в диаметре. Возраст хондритов оценивается в 4,5 миллиарда лет.

Хондриты четко делятся на три больших класса по форме содержания железа, точнее по степени его окисления. Хондритам этих классов дали следующие названия и обозначения: энстатитовые (Е), обыкновенные (О) и углистые (С). В том же порядке в них увеличивается содержание окисленного (двух- и трехвалентного) железа.

Около 10% всех каменных метеоритов образуют подкласс ахондритов. Ахондриты лишены хондр и состоят из вещества, образовавшегося в результате процессов плавления и дифференциации протопланетных и планетных тел. В этом смысле ахондриты аналогичны земным магматическим породам.

Кроме ахондритов, дифференцированными метеоритами являются еще железные и железо-каменные метеориты.

Железо-каменные метеориты делят на два типа, различающиеся химическими и структурными свойствами: палласиты и мезосидериты. Палласитами называют те метеориты, силикаты которых состоят из кристаллов магнезиального оливина или их обломков, заключенных в сплошной матрице из никелистого железа. Мезосидеритами называют железо-каменные метеориты, силикаты которых представляют собой в основном перекристаллизованные смеси из разных силикатов, входящие также в ячейки металла.

Железные метеориты почти целиком состоят из никелистого железа и содержат небольшие количества минералов в виде включений. Никелистое железо — это твердый раствор никеля в железе. При высоком содержании никеля (30-50%) никелистое железо находится в основном в форме тэнита — минерала с гранецентрированной ячейкой кристаллической решетки, при низком (6-7%) содержании никеля в метеорите никелистое железо состоит почти из камасита — минерала с объемно-центрированной ячейкой решетки.

Накопление данных о содержании сидерофильных элементов в железных метеоритах позволило создать также их химическую классификацию. Среди почти 500 известных сейчас железных метеоритов по содержанию Ni, Ga, Ge и Ir четко выделяются 16 химических групп. Например, Сихотэ-Алинский метеорит был отнесен к типу грубоструктурных октаэдров химической группы IIB.

Информация подготовлена на основе материалов РИА Новости и открытых источников

Атомиум в Брюсселе: история, описание, фото

Адрес: Бельгия, Брюссель
Дата постройки: 1958 год
Высота: 102 м
Автор проекта: Андре Ватеркейном
Строители: Андре и Мишель Полаки
Координаты: 50°53’41.5″N 4°20’29.6″E

Содержание:  

Как рождался символ новой эпохи

Футуристическое сооружение снаружи и внутри

Атомиум на карте

 

Еще, кажется, совсем недавно ответы людей из разных частей света на вопрос о символе столицы Бельгии были совершенно одинаковы. Писающий мальчик – бронзовая статуя высотой 61 см, расположенная недалеко от Гран-Плас.

Вид на Атомиум с бульвара Сантэнер

Но время идет, и сегодня на тот же вопрос уже нельзя ответить столь однозначно. Многие символом современной Бельгии и ее столицы назовут совершенно иную достопримечательность.

Атомиум – величественная скульптура, представляющая собой огромную модель кристалла железа и одновременно памятник мирному атому и безграничным возможностям атомной энергии

. Символ Брюсселя, символ Бельгии, символ атомного века и научно-технического прогресса. Этот гигантский, потрясающий воображение монумент установлен в Брюсселе в 1958 году и имеет высоту в 102 метра.

Вид на вход

Как рождался символ новой эпохи

Эту стальную конструкцию, выполненную в стиле сюрреализма, часто сравнивают с Эйфелевой башней в Париже. Как и она, Атомиум был спроектирован и построен как временное сооружение, запланированное к сносу после выполнения своей задачи: Эйфелева башня как арка для входа на Всемирную выставку 1889 года, Атомиум – для Всемирной выставки 1958 года. Архитекторами этого проекта были Андре Ватеркейн, Андре и Мишель Полаки.

Тогда задачей этого футуристического сооружения являлась, как многие до сих пор считают, демонстрация превосходства социализма над капитализмом (в период холодной войны таким вещам придавалось немалое значение).

Атомиум в ночной иллюминации

Хотя озвученная версия замысла создания Атомиума так же соответствует духу того времени, поскольку это одновременно был еще и период активных исследований в области атомной энергетики, и к тому же звучит несравнимо лучше: символизировать мирное использование энергии атома.

Как бы там ни было, теперь это грандиозное сооружение, которое так и не смогли решиться демонтировать после завершения выставки, рассматривают только с художественной и культурной точки зрения. Архитектура Атомиума продолжает приводить в восхищение путешественников со всего мира, он превратился в ярчайшую туристическую достопримечательность Бельгии.

Фрагмент сооружения

Футуристическое сооружение снаружи и внутри

Потрясающая конструкция состоит из девяти сфер или, точнее, атомов, объединенных во фрагмент кристаллической решетки железа с увеличением в 165 млрд раз! Общий вес 102-метрового сооружения составляет около 2 400 т

. Изначально конструкция была покрыта слоем алюминия (720 треугольных пластин на каждой сфере), но после капремонта 2006 года приобрела стальную оболочку. Окна сфер и коридоров, сделанные из плексигласа (органического стекла), заменили закаленным стеклом. Кроме того, при проведении капремонта, ставшего необходимым для сохранения презентабельного вида и надежности конструкции, там были заменены соединительные трубы, эскалаторы, лифт.

Один из атомов

Диаметр каждого из девяти атомов – 18 м, они соединены между собой двадцатью трубами (длина каждой – 23 м), внутри которых имеются соединительные коридоры и установлены эскалаторы для перемещения посетителей. Сооружение поражает воображение не только тем, что представляет собой внешне гигантскую кристаллическую решетку железа, но и тем, что внутри этой конструкции, как в совершенно обычном здании, постоянно присутствует множество людей. Шесть из девяти сфер находятся в открытом доступе для посетителей, в самой верхней расположена панорамная смотровая площадка и ресторан.

Самый верхний атом со смотровой площадкой и рестораном

А в средней соединительной трубе спрятан скоростной лифт, который способен доставить к ним посетителей всего за 23 секунды! С обзорной платформы открываются изумительные виды на Брюссель и его окрестности.

Кроме того в сферах Атомиума располагаются многие другие вызывающие интерес туристов заведения. Здесь есть тематический музей, постоянная экспозиция которого рассказывает о мирном атоме, атомной энергии и достижениях разных лет в ее исследовании, а временные могут поведать о многих других достижениях научно-технического прогресса.

Эскалатор в соединительной трубе

Есть кафе, выставочные и концертные залы, кинотеатры, сувенирный магазин и даже комнаты, в которых можно остаться на ночь и понаблюдать сверху за ночным городом. Для многих посетителей Атомиум становится настоящим аттракционом развлечений, где можно провести весь день (и даже ночь), но так и не успеть сделать всего намеченного.

Рейтинг достопримечательности

Атомиум на карте

Города Европы на Putidorogi-nn.ru:

Замосць	Милан	Рим	Флоренция
Амальфи	Ассизи	Альберобелло	Барселона
Жирона	Берлин	Мюнхен	Париж
Афины	Лондон	Будапешт	Ватикан
Венеция	Таллин	Обидуш	Прага

Кристаллическая решетка железа картинки

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

Человек XX века – повелитель физики

Через огромные трубы и сферы прогрессивный инженер Андре Уотеркейн хотел показать кубическую структуру железа, увеличенную в 165 миллиардов раз. Столь научное название – «Атомиум» – здание получило неслучайно. В послевоенные годы проект должен был символизировать то, что будущее человечества – за физикой и, прежде всего, за ядерной энергетикой. Тема мирного атома, подвластного человеку, тогда как раз входила в моду.

Уотеркейн подготовил проект специально к Всемирной выставке-ярмарке, предполагая, что его детище простоит здесь всего лишь полгода, а потом его демонтируют. Здание строили 18 месяцев, которым предшествовали еще полтора года глубоких исследований и точных расчетов, ведь никто до этого ничего подобного не создавал.

Открытие «Атомиума» вызвало у граждан бешеный интерес, и, надо сказать, он не утихает уже в течение 60 лет. Поскольку изначально символ выставки не был рассчитан на такую долгую эксплуатацию, в 2004-2006 годах городским службам даже пришлось полностью отреставрировать здание как изнутри, так и снаружи (заменив алюминиевое покрытие на стальное).

Внутри «атомов»

Высота «Атомиума» – 102 метра. Диаметр каждой из девяти сфер-атомов – 18 метров. 250-тонные «шары» соединены друг с другом 20 трубами. Внутри «Атомиума» расположены лестницы, четыре эскалатора и лифт, который на момент постройки, в 1958 году, считался самым быстрым в Европе. А один из спусков между двумя сферами напоминает посетителям захватывающее путешествие в духе «Звездных войн» – подобный эффект создается в том числе и с помощью оригинального меняющегося освещения.

Кстати, из девяти «шаров» только три могут посетить экскурсанты. Еще в трех расположены технические и служебные помещения, а оставшиеся предназначены для арендаторов, которые могут снять их для каких-либо мероприятий – например, отметить в такой «сфере» День рождения ребенка.

Отечественные туристы, посещавшие «Атомиум», описывают свои впечатления двояко. С одной стороны, внутри здания ничего особо интересного для искушенного россиянина нет: поднялся-спустился, повсюду лестницы и металл. С другой – «Атомиум» и не претендует на право быть развлекательным центром, но зато это оригинальная смотровая площадка, с которой открываются шикарные виды на Брюссель.

Европейцы воспринимают здание с намного большим восторгом и радуются, как дети, перемещениям из одного шара в другой, обедом «в облаках» (в здании работает ресторанчик) и многочисленным интересным выставкам, проходящим в «Атомиуме». Особенно восторгаются и гордятся зданием сами брюссельцы, считая его национальным достоянием.

Кстати, в «кристаллической решетке» есть свой отель, рассчитанный на детей – он совсем простенький, но сам факт того, что ты можешь переночевать в столь неординарном здании в круглой капсуле, добавляет романтизма.

Снаружи – интереснее

Наиболее привлекательно здание смотрится снаружи. Прежде всего, впечатляют сами размеры гигантского фрагмента кристаллической решетки, от которых у прохожих просто захватывает дух. Поэтому лучше всего его рассматривать, стоя не у самого подножия, а на приличном расстоянии.

Кроме того, при дневном свете сферы-атомы очень красиво переливаются на солнце, а в темное время они эффектно смотрятся, благодаря подсветке. Здание можно фотографировать с разных ракурсов – и все фотографии получатся оригинальными.

Кстати, в России тоже есть свои оригинальные здания, архитекторы которых будто бы опередили свое время. Например, Дом-улей Мельникова некоторые ценители сравнивают с углеродными нанотрубками.

Текст: Анна Белова

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

Кристаллическая решетка – железо

Кристаллическая решетка железа при комнатной температуре – кубическая объемно центрированная. Это означает, что элементарной ячейкой является куб, во всех вершинах которого, а также в центре – на пересечении пространственных диагоналей – находятся атомы железа. Сколько атомов приходится на объем, равный объему одной элементарной ячейки в кристалле железа. [1]

Кристаллическая решетка железа кубическая. Молярная масса железа А 56 10 – 3 кг / моль. [2]

Кристаллическая решетка железа относится к системе кубических объемно-центрированных решеток. Определите магнитный момент, приходящийся на один атом железа, в магнетонах Бора. [3]

Кристаллическая решетка железа кубическая. [4]

Искажение кристаллической решетки железа , увеличивающееся по мере увеличения разницы в атомных размерах, оказывает влияние на свойства феррита. Практически все элементы при содержании больше 1 % снижают ударную вязкость феррита. Исключение составляет только никель. [5]

Искажение кристаллической решетки железа , увеличивающееся по мере увеличения разницы в атомных размерах, оказывает влияние на свойства феррита. Практически все элементы при содержании больше 1 % снижают ударную вязкость феррита. [7]

Например, кристаллическая решетка железа имеет кубическую форму, причем различают модификации: центрированный куб Fe a ( фиг. Гексагональная форма решетки свойственна цинку, кадмию и другим цветным металлам ( фиг. [8]

Кислород в кристаллической решетке железа не растворяется, поэтому в стали он присутствует в виде зерен оксидов железа FeO, Fe203 и других элементов. Эти неметаллические включения снижают прочностные и пластические свойства стали. [9]

Углерод, растворенный в гранецентрированной кристаллической решетке железа , понижает температуру ее перекристаллизации в объемно-центрированную. Полная перекристаллизация заканчивается при температуре 727 С. Формирование структуры заканчивается при температуре 727 С, когда еше не распавшийся аустенит переходит в перлит. Процесс превращения аустенита в перлит протекает за определенный промежуток времени. Наиболее наглядно этот процесс прослеживается на стали, содержащей 0 8 % углерода. Такая сталь до температуры 727 С состоит из одного аустенита. При температуре 727 С определенное время сталь продолжает иметь структуру аустенита, затем происходит перекристаллизация граиецептрнрованпей кристаллической решетки железа в объемно-центрированную. Сразу же после перекристаллизации внутри объемно-центрированной кристаллической решетки железа остается 0 8 %, углерода, столько же, сколько било внутри гранецентрированной. Однако при температуре 727 С внутри объемно-центрированной кристаллической решетки может быть растворено только 0 025 % углерода. Поэтому избыточный против этого количества углерод выделяется из кристаллической решетки железа. Выделившиеся атомы углерода вступают во взаимодействие с железом, образуя цементит. [10]

Вследствие значительной разницы в кристаллических решетках железа и графита и наличия сильных связей в растворе между железом и углеродом энергетически выгоднее, чем графиту, кристаллизоваться из раствора промежуточной фазе – цементиту. При наличии готовой зародышевой фазы ( с размером не меньше критического) возможна при длительных выдержках, повышенных температурах и медленном охлаждении непосредственная кристаллизация графита ив пересыщенных растворов. [11]

Различие размеров протонов и параметров кристаллической решетки железа ( не менее чем на пять порядков) обусловливает протекание диффузии путем перемещения протонов через междоузлия. [12]

Любое внедрение атомов углерода в кристаллическую решетку железа энергетически не выгодно, так как это приводит к ее деформации и искажению. Скопления атомов углерода могут привести к образованию не пластинчатого, а замкнутого, в виде фуллеренов, строения. [14]

Образовавшийся перенасыщенный раствор углерода в объемно-центрированной кристаллической решетке железа называют мартенситом. [15]

Изображение реального товара может не значительно отличаться от фото на сайте.
Детали уточняйте у менеджера при заказе.

Учебная модель создана для демонстрации атомной структуры кристаллической решетки железа.

Габариты в упаковке: длина – 18 см; ширина – 14 см; высота – 3,5 см

Вес составляет не более 0,1кг.

Состав:

• шары серого цвета с 6 штырями – 7 шт.,
• шары серого цвета с 6 штырями и 1 тонкой трубкой – 2 шт.,
• трубки соединительные длиной 100 мм – 12 шт.,
• трубки соединительные длиной 83 мм – 2 шт.,
• руководство по эксплуатации – 1 шт.

Демонстрационное пособие – модель, состоящая из серых шариков, обозначающих атомы, и соединительных трубок, обозначающих связи. Для соединения деталей шарики снабжены штырями и тонкими трубками, диаметр которых соответствует диаметру соединительных трубок.

При помощи модели можно демонстрировать кристаллическую структуру таких металлов, как хром, ванадий, молибден, титан, натрий, калий, кальций, барий.

Российские физики изучили потерю намагниченности при нагревании кристалла – Наука

Ученые из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН и их коллеги из Японии и Европы впервые со сверхвысоким временным разрешением сумели рассмотреть процессы, происходящие при нагревании ферримагнитного кристалла и ведущие к потере его намагниченности. Статья Романа Писарева и его соавторов опубликована журнал Science Advances.

Из всех магнитных материалов лучше всего известны ферромагнетики, однако помимо них есть и более многочисленный класс ферримагнетиков. Их кристаллическая решетка состоит из «параллельных» подрешеток атомов или ионов разных типов — например, Fe²+ и Fe³+ или оксидов железа и иттрия. Магнитные моменты этих подрешеток не равны и, будучи ориентированными в противоположных направлениях, не «обнуляют» друг друга, придавая материалу спонтанную намагниченность.

При нагревании решетки ферримагнетика тепловое движение частиц усиливается, заставляя их колебаться относительно упорядоченного положения. Дальнейший приток энергии может заставить некоторые из их электронов условно «перекувыркнуться», поменяв магнитный момент (спин) на противоположный. Это приводит к снижению намагниченности материала вплоть до полной ее потери при достижении критической температуры — точки Кюри.

Многие детали термодинамики этого процесса остаются плохо понятными даже для такого широко используемого ферримагнетика, как иттрий-железный гранат (Y₃Fe₂(FeO₄)₃, или YIG). Между тем глубокое понимание данного явления важно для создания более эффективной и точной электроники, в том числе и для новых накопителей данных. Только сейчас большой команде ученых из России, Германии, Японии и Швеции удалось рассмотреть происходящее при нагревании YIG с высоким временным разрешением.

Энергию кристаллической решетке сообщали с помощью сверхкоротких импульсов терагерцового лазера, отслеживая изменения в намагниченности YIG с разрешением в пикосекунды (триллионные доли секунды). Обнаружилось, что снижение намагниченности при нагревании решетки развивается в двух масштабах времени: крайне коротком — в первую пикосекунду — и куда более протяженном — в течение следующих 100 наносекунд.

В начальные моменты дополнительная энергия заставляет атомы обоих типов менять направление спинов. Это ведет к одинаковому снижению противоположно направленных магнитных моментов ферримагнетика. Материал нагревается, но еще не теряет свою общую намагниченность. Однако это состояние неустойчиво, баланс наступает лишь на 100-наносекундной временной шкале, когда избыток энергии, накопленной разупорядоченными спинами, начинает без препятствий передаваться кристаллической решетке. В этот момент общая намагниченность падает.

В сообщении, распространенном Forschungsverbund Berlin, авторы называют обнаруженное промежуточное состояние новым состоянием материи, «спиновом сверхдавлении», энергия которого затем высвобождается в ходе более медленных процессов, ведущих к потере намагниченности.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Базы данных по кристаллической структуре

Следующие онлайн-ресурсы содержат файлы, которые можно загрузить для интерактивного просмотра либо из автономного программного обеспечения для визуализации, либо просмотреть с веб-сайта в виде Java-апплета.

• База данных по кристаллической структуре американского минералога. Этот сайт представляет собой интерфейс к базе данных кристаллических структур, которая включает все структуры, опубликованные в American Mineralogist, Canadian Mineralogist и European Journal of Mineralogy.База данных поддерживается Минералогическим обществом Америки и Минералогической ассоциацией Канады и финансируется Национальным научным фондом. Сайт доступен для поиска по минералу, автору, химическому составу или параметрам ячейки и симметрии. (подробнее)
  
• Структуры кристаллической решетки. Эта страница, поддерживаемая Лабораторией военно-морских исследований США, предлагает краткий указатель общих структур кристаллической решетки, в том числе из минералов и неминералов.Несколько различных графических представлений, интерактивный Java-апплет структуры и полезную информацию о решетках можно получить, щелкнув изображения кристаллических структур. (подробнее)
  
• Кристаллические структуры. На этом веб-сайте представлены интерактивные Java-апплеты различных кристаллических структур минералов и неминералов. Аплет Java позволяет пользователю вращать и изменять размер кристалла. На сайте также есть ссылки на другие веб-страницы о кристаллических структурах.(подробнее)
  
• Кристаллографическая база данных минералов и их структурных аналогов. Эта доступная для поиска база данных, которую ведет Российский фонд фундаментальных исследований, включает 4785 записей (2365 уникальных названий минералов). Каждый минерал можно искать по названию, спецификации, кристаллохимической формуле или характеристикам кристаллической структуры. Информация о кристаллической структуре включает название минерала, спецификацию, кристаллохимическую формулу, пространственную группу, параметры элементарной ячейки, координаты, тепловые факторы и расположение атомов, а также ссылки на литературу по определению кристаллической структуры.(подробнее)
  
• Открытая база данных кристаллографии. Эта база данных является сестрой Базы данных по кристаллической структуре американских минералогов (AMCSD) и содержит все данные, которые есть в AMCSD, а также данные, депонированные отдельными лицами и лабораториями. В базе данных возможен поиск по тексту, словам, элементам, объему или количеству элементов. Данные о кристаллической структуре можно загрузить в формате CIF, и пользователи могут загружать данные о кристаллах в виде файлов CIF или REF. (подробнее)
  
• ICSD Web: База данных неорганических кристаллов. Этот сайт содержит бесплатную демонстрационную версию базы данных неорганических кристаллов. Эта база данных содержит 3325 структурных подмножеств из 76480 неорганических структур по состоянию на 2004 год. Демонстрационная версия может быть запрошена и доступна через веб-интерфейс, который позволяет использовать несколько методов поиска, а полученные кристаллические структуры затем можно просматривать в Интернете (с помощью CHIME плагин) или загружены для просмотра с помощью другого программного обеспечения для визуализации. На сайте также представлены обновления с исправлениями ошибок, условия использования и цены, советы по отображению структур, галерея изображений, флэш-ролик и инструкции по установке сервера ICSD.(подробнее)
  

12.2: Расположение атомов в кристаллических твердых телах

Текстовая карта Libretexts по общей химии, организованная вокруг учебника
Химия: принципы, закономерности и приложения
Брюса А. Аверилла

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII XIV X V X VI X VII X VIII X IX X X X XI X XII X XII I X XIV ● Домашнее задание

Цели обучения

• Для распознавания элементарной ячейки кристаллического твердого тела.
• Для расчета плотности твердого тела с учетом его элементарной ячейки.

Поскольку кристаллическое твердое тело состоит из повторяющихся узоров его компонентов в трех измерениях (кристаллическая решетка), мы можем представить весь кристалл, нарисовав структуру мельчайших идентичных единиц, которые, будучи сложены вместе, образуют кристалл. Эта основная повторяющаяся единица называется элементарной ячейкой. Например, элементарная ячейка листа идентичных почтовых марок – это отдельная марка, а элементарная ячейка стопки кирпичей – это отдельный кирпич.В этом разделе мы описываем расположение атомов в различных элементарных ячейках.

Элементарные ячейки проще всего визуализировать в двух измерениях. Во многих случаях для представления данной структуры можно использовать более одной элементарной ячейки, как показано на рисунке Эшера в открытии главы и для двумерной кристаллической решетки на рисунке 12.2. Обычно выбирается наименьшая элементарная ячейка, полностью описывающая порядок. Единственное требование к действительной элементарной ячейке состоит в том, что повторение ее в пространстве должно давать правильную решетку.Таким образом, элементарная ячейка в части (d) на рисунке 12.2 не является правильным выбором, потому что повторение ее в пространстве не дает желаемой решетки (есть треугольные отверстия). Концепция элементарных ячеек расширена до трехмерной решетки на схематическом чертеже на рисунке 12.3.

Рисунок 12.2 Двухмерные элементарные элементы. (a – c) Три двумерные решетки иллюстрируют возможные варианты выбора элементарной ячейки. Элементарные ячейки различаются своим относительным расположением или ориентацией в решетке, но все они являются допустимым выбором, потому что их повторение в любом направлении заполняет общий узор точек.(d) Треугольник не является действительной элементарной ячейкой, потому что повторение его в пространстве заполняет только половину пространства в шаблоне. (CC BY-NC-SA; анонимно по запросу)

Рисунок 12.3 Единичные элементы в трех измерениях. Эти изображения показывают (а) трехмерную элементарную ячейку и (б) результирующую регулярную трехмерную решетку. (CC BY-NC-SA; анонимно по запросу)

Единичная ячейка

Существует семь принципиально различных типов элементарных ячеек, которые различаются относительной длиной ребер и углами между ними (Рисунок 12.4). Каждая элементарная ячейка имеет шесть сторон, каждая из которых представляет собой параллелограмм. Мы сосредотачиваемся в первую очередь на кубических элементарных ячейках, у которых все стороны имеют одинаковую длину и все углы равны 90 °, но концепции, которые мы вводим, также применимы к веществам, элементарные ячейки которых не являются кубическими.

Рисунок 12.4 Общие характеристики семи основных элементарных ячеек. Длины краев элементарных ячеек обозначены буквами a, b и c, а углы определены следующим образом: α, угол между b и c; β – угол между a и c; и γ, угол между a и b . (CC BY-NC-SA; анонимно по запросу)

Если кубическая элементарная ячейка состоит из восьми составляющих атомов, молекул или ионов, расположенных в углах куба, то она называется простой кубической (часть (a) на рисунке 12.5). Если элементарная ячейка также содержит идентичный компонент в центре куба, то это объемно-центрированный куб (bcc) (часть (b) на рисунке 12.5). Если в центре каждой грани есть компоненты в дополнение к компонентам в углах куба, то элементарная ячейка является гранецентрированной кубической (ГЦК) (часть (c) на рисунке 12.5).

Рис. 12.5 Три вида кубической элементарной ячейки. Для трех видов кубических элементарных ячеек, простой кубической (a), объемно-центрированной кубической (b) и гранецентрированной кубической (c), существует три представления для каждой: модель шара и ручки, пространство -заполнение модели в разрезе, которая показывает часть каждого атома, которая находится внутри элементарной ячейки, и совокупность нескольких элементарных ячеек. (CC BY-NC-SA; анонимно по запросу)

Как показано на Рисунке 12.5, твердое тело состоит из большого количества элементарных ячеек, расположенных в трех измерениях. Поэтому любое интенсивное свойство объемного материала, такое как его плотность, также должно быть связано с его элементарной ячейкой. Поскольку плотность – это масса вещества на единицу объема, мы можем вычислить плотность объемного материала из плотности одной элементарной ячейки. Для этого нам нужно знать размер элементарной ячейки (чтобы получить ее объем), молярную массу ее компонентов и количество компонентов в элементарной ячейке. Однако, когда мы считаем атомы или ионы в элементарной ячейке, те, которые лежат на грани, ребре или угле, вносят вклад в более чем одну элементарную ячейку, как показано на рисунке 12.5. Например, атом, который находится на поверхности элементарной ячейки, является общим для двух соседних элементарных ячеек и поэтому считается как 12 атомов на элементарную ячейку. Точно так же атом, который находится на краю элементарной ячейки, является общим для четырех соседних элементарных ячеек, поэтому он дает 14 атомов в каждую. Атом в углу элементарной ячейки является общим для всех восьми соседних элементарных ячеек и, следовательно, дает 18 атомов в каждую. Утверждение, что атомы, расположенные на краю или углу элементарной ячейки, считаются как 14 или 18 атомов на элементарную ячейку, соответственно, верно для всех элементарных ячеек, кроме гексагональной, в которой три элементарные ячейки имеют одно вертикальное ребро, а шесть – каждый угол (рисунок 12.4), что приводит к значениям 13 и 16 атомов на элементарную ячейку соответственно для атомов в этих позициях. Напротив, атомы, которые полностью лежат в элементарной ячейке, например атом в центре объемно-центрированной кубической элементарной ячейки, принадлежат только этой элементарной ячейке.

Примечание
Для всех элементарных ячеек, кроме гексагональной, атомы на гранях вносят \ ({1 \ over 2} \) атом в каждую элементарную ячейку, атомы на краях вносят вклад в \ ({1 \ over 4} \) атом в каждую элементарную ячейку, а атомы по углам вносят \ ({1 \ over 8} \) атом в каждую элементарную ячейку.

Пример 1

Металлическое золото имеет гранецентрированную кубическую элементарную ячейку (часть (c) на рисунке 12.5). Сколько атомов Au в каждой элементарной ячейке? Дано : элементарная ячейка Запрошено : количество атомов в элементарной ячейке Стратегия : Используя рисунок 12.5, определить положения атомов Au в гранецентрированной кубической элементарной ячейке, а затем определить, какой вклад каждый атом Au вносит в элементарную ячейку. Сложите вклады всех атомов Au, чтобы получить общее количество атомов Au в элементарной ячейке. Решение : Как показано на рисунке 12.5, гранецентрированная кубическая элементарная ячейка имеет восемь атомов в углах куба и шесть атомов на гранях. Поскольку атомы на грани являются общими для двух элементарных ячеек, каждый считается как \ ({1 \ over 2} \) атом на элементарную ячейку, что дает 6 × \ ({1 \ over 2} \) = 3 атома Au на элементарную ячейку. .Атомы в углу разделяются на восемь элементарных ячеек и, следовательно, дают только \ ({1 \ over 8} \) атом на элементарную ячейку, что дает 8 × \ ({1 \ over 8} \) = 1 атом Au на элементарную ячейку. Таким образом, общее количество атомов Au в каждой элементарной ячейке составляет 3 + 1 = 4.

Упражнение 1
Металлическое железо имеет объемно-центрированную кубическую элементарную ячейку (часть (b) на рисунке 12.5). Сколько атомов Fe в каждой элементарной ячейке? Ответ : два

Теперь, когда мы знаем, как считать атомы в элементарных ячейках, мы можем использовать элементарные ячейки для расчета плотности простых соединений.Обратите внимание, однако, что мы предполагаем, что твердое тело состоит из идеального регулярного массива элементарных ячеек, тогда как реальные вещества содержат примеси и дефекты, которые влияют на многие из их объемных свойств, включая плотность. Следовательно, результаты наших расчетов будут близки, но не обязательно идентичны экспериментально полученным значениям.

Пример 2

Рассчитайте плотность металлического железа, имеющего объемно-центрированную кубическую элементарную ячейку (часть (b) на рисунке 12.5) с длиной ребра 286,6 пм. Дано : элементарная ячейка и длина ребра Запрошено : плотность Стратегия : Определите количество атомов железа в элементарной ячейке. Рассчитайте массу атомов железа в элементарной ячейке, используя молярную массу и число Авогадро. Затем разделите массу на объем клетки. Решение : A Из примера 1 мы знаем, что каждая элементарная ячейка металлического железа содержит два атома Fe.{3} \] Этот результат хорошо согласуется с табличным экспериментальным значением 7,874 г / см 3 .

Упражнение
Рассчитайте плотность золота, имеющего гранецентрированную кубическую элементарную ячейку (часть (c) на рис. 12.5) с длиной ребра 407,8 мкм. Ответ : 19,29 г / см 3

Упаковка сфер

Наше обсуждение трехмерных структур твердых тел рассматривало только те вещества, в которых все компоненты идентичны.Как мы увидим, такие вещества можно рассматривать как состоящие из идентичных сфер, упакованных вместе в пространстве; способ упаковки компонентов приводит к получению различных элементарных ячеек. Большинство веществ со структурой этого типа – металлы.

Простая кубическая структура

Расположение атомов в твердом теле, имеющем простую кубическую элементарную ячейку, показано в части (а) на рисунке 12.5. Каждый атом в решетке имеет только шесть ближайших соседей в октаэдрическом расположении.Следовательно, простая кубическая решетка – неэффективный способ упаковать атомы вместе в пространстве: только 52% всего пространства заполнено атомами. Единственный элемент, который кристаллизуется в простой кубической элементарной ячейке, – это полоний. Однако простые кубические элементарные ячейки распространены среди бинарных ионных соединений, где каждый катион окружен шестью анионами и наоборот.

Расположение атомов в простой кубической элементарной ячейке . Каждый атом в решетке имеет шесть ближайших соседей в октаэдрическом расположении.

Телоцентрированная кубическая структура

Объемно-центрированная кубическая элементарная ячейка является более эффективным способом упаковки сфер вместе и гораздо более распространена среди чистых элементов. Каждый атом имеет восемь ближайших соседей в элементарной ячейке, а атомы занимают 68% объема. Как показано в части (b) на рисунке 12.5, объемно-центрированная кубическая структура состоит из одного слоя сфер, контактирующих друг с другом и выровненных так, что их центры находятся в углах квадрата; второй слой сфер занимает квадратные «дыры» над сферами в первом слое.Третий слой сфер занимает квадратные отверстия, образованные вторым слоем, так что каждое из них находится непосредственно над сферой в первом слое и так далее. Все щелочные металлы, барий, радий и некоторые переходные металлы имеют объемно-центрированную кубическую структуру.

Плотноупакованные шестиугольные и кубические плотноупакованные конструкции

Самый эффективный способ упаковки сфер – это плотная упаковка, которая имеет два варианта. Один слой плотно упакованных сфер показан в части (а) на рисунке 12.6. Каждая сфера окружена шестью другими в той же плоскости, образуя шестиугольное расположение. Над любым набором из семи сфер находятся шесть углублений, расположенных в шестиугольнике. В принципе, все шесть узлов одинаковы, и любой из них может быть занят атомом следующего слоя. На самом деле, однако, эти шесть сайтов можно разделить на два набора, обозначенных B и C в части (a) на рисунке 12.6. Сайты B и C отличаются, потому что как только мы помещаем сферу в позицию B, мы больше не можем разместить сферу ни в одной из трех позиций C, смежных с A, и наоборот.

Рисунок 12.6: Плотно упакованные слои сфер. (a) В этом единственном слое плотно упакованных сфер каждая сфера окружена шестью другими в шестиугольном расположении. (b) Размещение атома в позиции B запрещает размещение атома в любой из соседних позиций C и приводит к тому, что все атомы во втором слое занимают позиции B. (c) Размещение атомов в третьем слое над атомами в положениях A в первом слое дает гексагональную плотноупакованную структуру.Размещение атомов третьего слоя над позициями C дает кубическую плотноупакованную структуру. (CC BY-NC-SA; анонимно по запросу)

Если мы поместим второй слой сфер в позиции B в части (a) на рисунке 12.6, мы получим двухслойную структуру, показанную в части (b) на рисунке 12.6. Теперь есть две альтернативы для размещения первого атома третьего слоя: мы можем разместить его непосредственно над одним из атомов в первом слое (положение A) или в одном из положений C, соответствующих положениям, которые мы не использовали. используйте для атомов в первом или втором слоях (часть (c) на рисунке 12.6). Если мы выберем первое расположение и повторим узор в последующих слоях, положения атомов будут чередоваться от слоя к слою в узоре ABABAB…, в результате чего получится гексагональная плотноупакованная (ГПУ) структура (часть (a) на рисунке 12.7) . Если мы выберем второе расположение и будем повторять узор до бесконечности, позиции атомов будут чередоваться как ABCABC…, давая кубическую плотноупакованную структуру (ccp) (часть (b) на рисунке 12.7). Поскольку структура ccp содержит гексагонально упакованные слои, она не выглядит особенно кубической.Однако, как показано в части (b) на рисунке 12.7, простое вращение конструкции показывает ее кубическую природу, которая идентична структуре с ГЦК. Структуры hcp и ccp различаются только способом наложения слоев. Обе структуры имеют общую эффективность упаковки 74%, и в обеих каждый атом имеет 12 ближайших соседей (6 в одной плоскости плюс 3 в каждой из плоскостей непосредственно выше и ниже).

Рисунок 12.7 Плотные структуры: hcp и ccp. На иллюстрациях в (а) показан вид в разобранном виде, вид сбоку и вид сверху конструкции ГПУ.Простая шестиугольная элементарная ячейка обрисована в общих чертах на виде сбоку и сверху. Обратите внимание на сходство с гексагональной элементарной ячейкой, показанной на рисунке 12.4. Структура ccp на (b) показана в разобранном виде, на виде сбоку и в повернутом виде. Повернутое изображение подчеркивает ГЦК-природу элементарной ячейки (выделено). Линия, соединяющая атомы в первом и четвертом слоях структуры ccp, является диагональю тела куба. (CC BY-NC-SA; анонимно по запросу)

В таблице 12.1 сравнивается эффективность упаковки и количество ближайших соседей для различных кубических структур и структур с плотной упаковкой; количество ближайших соседей называется координационным числом.Большинство металлов имеют структуры ГПУ, ГПУ или ОЦК, хотя некоторые металлы демонстрируют структуры как ГПУ, так и ГПУ, в зависимости от температуры и давления.

Таблица 12.1: Свойства обычных структур металлов

Структура	Процент пространства, занятого атомами	Координационный номер
простой кубический	52	6
объемно-центрированная кубическая	68	8
шестигранник плотно упакованный	74	12
кубический плотноупакованный (идентичен гранецентрированному кубу)	74	12

Резюме

Наименьшей повторяющейся единицей кристаллической решетки является элементарная ячейка.Простая кубическая элементарная ячейка содержит всего восемь атомов, молекул или ионов в углах куба. Объемно-центрированная кубическая (ОЦК) элементарная ячейка содержит один дополнительный компонент в центре куба. Гранецентрированная кубическая (ГЦК) элементарная ячейка содержит компонент в центре каждой грани в дополнение к компонентам в углах куба. Простые кубические и ОЦК-схемы заполняют атомами только 52% и 68% доступного пространства соответственно. Гексагональная плотноупакованная (ГПУ) структура имеет повторяющееся расположение ABABAB…, а кубическая плотноупакованная структура (ГПУ) имеет повторяющийся узор ABCABC…; последняя идентична ГЦК решетке.Компоновки ГПУ и ЦПУ заполняют 74% доступного пространства и имеют координационное число 12 для каждого атома в решетке, число ближайших соседей. Простая кубическая и ОЦК-решетки имеют координационные числа 6 и 8 соответственно.

Key Takeaway

Кристаллическое твердое тело может быть представлено его элементарной ячейкой, которая представляет собой наименьшую идентичную единицу, которая, будучи сложена вместе, дает характерную трехмерную структуру.

Концептуальные проблемы

1.Почему допустимо представлять структуру кристаллического твердого тела структурой его элементарной ячейки? Каковы наиболее важные ограничения при выборе элементарной ячейки?

2. Все структуры элементарных ячеек имеют шесть сторон. Могут ли кристаллы твердого тела иметь более шести сторон? Поясните свой ответ.

3. Объясните, как интенсивные свойства материала отражаются в элементарной ячейке. Все ли свойства объемного материала такие же, как у его элементарной ячейки? Поясните свой ответ.

4.Экспериментально измеренная плотность объемного материала немного выше ожидаемой, исходя из структуры чистого материала. Предложите два объяснения этому наблюдению.

5. Экспериментально определенная плотность материала ниже ожидаемой, исходя из расположения атомов в элементарной ячейке, формулы массы и размера атомов. Какой вывод (а) вы можете сделать о материале?

6. Только один элемент (полоний) кристаллизуется с простой кубической элементарной ячейкой.Почему полоний – единственный пример элемента с такой структурой?

7. Что понимается под координационным числом в структуре твердого тела? Как координационное число зависит от структуры металла?

8. Расположите три типа кубических элементарных ячеек в порядке увеличения эффективности упаковки. В чем разница в эффективности упаковки между структурой ГПУ и структурой ЦПУ?

9. Структура многих металлов зависит от давления и температуры.Какая структура – ОЦК или ГПУ – более вероятна в данном металле при очень высоких давлениях? Объясните свои рассуждения.

10. Металл имеет две кристаллические фазы. Температура перехода, температура, при которой одна фаза превращается в другую, составляет 95 ° C при 1 атм и 135 ° C при 1000 атм. Нарисуйте фазовую диаграмму этого вещества. Известно, что металл имеет либо структуру ccp, либо простую кубическую структуру. Обозначьте регионы на диаграмме соответствующим образом и обоснуйте свой выбор для структуры каждой фазы.

Числовые задачи

1. Металлический родий имеет элементарную ячейку ГЦК. Сколько атомов родия содержит каждая элементарная ячейка?

2. Хром имеет структуру с двумя атомами на элементарную ячейку. Является ли структура этого металла простой кубической, ОЦК, ГЦК или ГПУ?

3. Плотность никеля 8,908 г / см ³ . Если металлический радиус никеля составляет 125 мкм, какова структура металлического никеля?

4. Плотность вольфрама 19,3 г / см ³ .Если металлический радиус вольфрама составляет 139 пм, какова структура металлического вольфрама?

5. Элемент имеет плотность 10,25 г / см ³ и радиус металла 136,3 мкм. Металл кристаллизуется в ОЦК решетке. Определите элемент.

6. Образец инертного металла массой 21,64 г помещают в колбу, содержащую 12,00 мл воды; конечный объем 13,81 мл. Если длина края элементарной ячейки составляет 387 мкм, а радиус металла – 137 мкм, определите устройство упаковки и идентифицируйте элемент.

7. Установлено, что образец щелочного металла с элементарной ячейкой с ОЦК имеет массу 1.000 г и объем 1.0298 см. ³ . Когда металл вступает в реакцию с избытком воды, в результате реакции образуется 539,29 мл газообразного водорода при 0,980 атм и температуре 23 ° C. Определите металл, определите размеры элементарной ячейки и укажите приблизительный размер атома в пикометрах.

8. Установлено, что образец щелочноземельного металла с элементарной ячейкой с ОЦК имеет массу 5.000 г и объем 1.392 см ³ . Для полной реакции с газообразным хлором требуется 848,3 мл газообразного хлора при 1,050 атм и 25 ° C. Определите металл, определите размеры элементарной ячейки и укажите приблизительный размер атома в пикометрах.

9. Литий кристаллизуется в ОЦК-структуре с длиной ребра 3,509 Å. Рассчитайте его плотность. Каков приблизительный металлический радиус лития в пикометрах?

10. Ванадий используется для производства нержавеющей ванадиевой стали. Образует кристаллы ОЦК с плотностью 6.11 г / см ³ при 18,7 ° C. Какова длина края элементарной ячейки? Каков приблизительный металлический радиус ванадия в пикометрах?

11. Простая кубическая ячейка содержит один атом металла с металлическим радиусом 100 мкм.

а. Определите объем атома (ов), содержащихся в одной элементарной ячейке [объем сферы = (\ ({4 \ over 3} \)) πr ³ ].

г. Какова длина одного края элементарной ячейки? (Подсказка: между атомами нет пустого пространства.)

г. Рассчитайте объем элементарной ячейки.

г. Определите эффективность упаковки для этой структуры.

e. Используйте шаги из задачи 11, чтобы вычислить эффективность упаковки для элементарной ОЦК-ячейки с металлическим радиусом 1,00 Å.

Числовые ответы

1. четыре

3. fcc

5. молибден

7. натрий, край элементарной ячейки = 428 пм, r = 185 пм

9. d = 0,5335 г / см ³ , r = 151,9 пм

Институт коррозии и многофазных технологий – CrystalMaker

Чтобы помочь нам понять разнообразные структурные характеристики кислых продуктов коррозии, Пакет интерактивных программ для визуализации кристаллической структуры CrystalMaker 1.Недавно был куплен 4.4. Решетки генерируются из введенных структурные данные, обычно в виде файлов Crystal Information Files (CIF) из онлайн-баз данных. CIF – это стандартный метод представления кристаллографических данные для отдельных структур, то есть информация о элементарной ячейке, координаты атомов и пространственная группа. Преимущество использования CrystalMaker заключается в том, что сгенерированными кристаллическими структурами можно манипулировать, отображать координационные среды и выполнять базовые измерения (длины связей / углы, плотность).Программа удобна для пользователя и позволяет создавать изображения кристаллической структуры для использования в отчетах, статьях, презентациях и т. Д. предложения и т. д. Что наиболее важно, CrystalMaker дает исследователю почувствовать структуры, с которыми он работает; это доказало полезен для визуализации и понимания таких продуктов коррозии, как сидерит (FeCO ₃ ), макинавит (FeS), троилит (FeS), пирротин (Fe _1-x S), смитит (Fe _{3 + x} S ₄ ), грейгит (Fe ₃ S ₄ ) и пирит (FeS ₂ ).Макинавит и троилит / пирротин обычно наблюдаются в системах кислой коррозии, а также в наших текущих исследованиях. в ICMT. Стехиометрические версии каждой фазы будут иметь формулу FeS, с пирротином, не дефицитным по железу, обладающим решетка троилита. Структурно решетки макинавита и троилита совершенно разные. Каждая фаза имеет тенденцию формироваться под определенным условия.

Макинавит представляет собой слоистый сульфид железа, часто обозначаемый формулой Fe _{1 + x} S, как обычно найдено с нестехиометрическим составом.Он легко образуется при температурах ниже 100 ° C и относительно короткое время в кислой коррозии. системы. Макинавит имеет тетрагональную элементарную ячейку: a = b = 3,6735 Å, c = 5,0328 Å, c = 5,0328 Å; α = β = γ = 90. Следовательно, его часто называют тетрагональным сульфидом железа. Одна элементарная ячейка показана на Рисунок 1 (коричневый = железо, желтый = сера). Атомы железа находятся на вершинах и на центр квадрата обращен к противоположным сторонам элементарной ячейки. Серы расположены на удлиненных сторонах элементарной ячейки.Долго ось ячейки соответствует направлению, в котором слои сульфида железа в стеке структуры макинавита, несколько элементарных ячеек расположены показано на рисунке 2; теперь его двумерная структура очевидна. Крупный план кристаллическая структура показывает, что атомы железа по существу встроены в каждый слой и тетраэдрически координированы с серой. Сера аналогично четырехкоординатной, но в большей степени пирамидальной геометрии, рис. 3. Макинавит слои, изображенные с радиусами Шеннона (радиус Fe ²⁺ установлен равным 0.63, S ^2- до 1.84), которые более точно отражают фактические / относительные размеры атомов в решетке, см. рисунок 4, показывают, что слои расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы виды могли жить / распространяться между листами. Wolthers et al. выдвинули гипотезу о том, что молекулы воды внедряются в решетку макинавита во время его гидротермального образования.

Троилит и пирротин в основном содержат характерный кристалл никколита или арсенида никеля. состав; хотя и с искажениями, а в случае пирротинов – дефицитом железа.В системах коррозии эти фазы обычно возникают при температуры выше 100 ° C, хотя возможно их образование в течение длительного времени при более низких температурах. Гексагональный Расположение атомов железа и серы в решетке троилита, если смотреть перпендикулярно плоскости xy, показано на Рис. 5. Троилит можно описать как расширенный / искаженный массив анионов ГПУ с катионы в октаэдрических отверстиях или наоборот. Параметры его элементарной ячейки a = b = 5.9650, c = 11,7570; α = β = 90 °, γ = 120. В отличие от макинавита троилит имеет трехмерный каркас. Стоит отметить, что троилит имеет значительно более высокую плотность, чем у макинавита, 4,835 г / см ³ по сравнению с 4,298 г / см ³ . На рисунке 6 показан вид его решетки после того, как она подверглась вращению, чтобы проиллюстрировать. переменная природа железа и серы в кристаллической структуре. Осмотр рисунка обнаруживает стехиометрическую природу троилит с Fe: S = 1: 1.6-координатный искаженный октаэдрический характер железа и серы внутри решетки очевиден из Рис. 7. Пирротин имеет по существу ту же структуру каркаса, что и троилит, за исключением того, что в решетке систематически отсутствуют утюги. Формулы пирротина обычно записываются как Fe _1-x S, где x <0,20, или Fe _y S _z . Нестехиометрия является результатом замены Fe ²⁺ в решетке на Fe ³⁺ , меньшее количество которые необходимы для баланса заряда анионов S ^2-.

Долгосрочной целью CC-JIP является изучение образования и взаимного превращения сульфидов железа в условиях условия, при которых возникает локальная коррозия.

Ссылки

(1) Lennie, A.R .; Редферн, С. А. Т .; Schofield, P.F .; Воан, Д.Дж. Синтез и уточнение кристаллической структуры макинавита по методу Ритвельда. Тетрагональный FeS. Минералогический журнал 1995, 59, 677-683.
(2) Wolthers, M .; Ван дер Гааст, С.Дж., Рикард, Д. Структура неупорядоченного макинавита, Американский минералог, 2003, 88 (11), 2007-2015.
(3) Skala, R .; Цисарова, И .; Драбек, М. Инверсионное двойникование в троилите. Американский минералог, 2006, 91, 917-921.

Чтобы загрузить версию в формате pdf, щелкните здесь.

мп-13: Fe (куб., Im-3m, 229)

@article {Jain2013, автор = {Джайн, Анубхав и Онг, Шьюе Пинг и Отье, Джеффрой и Чен, Вей и Ричардс, Уильям Дэвидсон и Дацек, Стивен и Чолия, Шреяс и Гюнтер, Дэн и Скиннер, Дэвид и Седер, Гербранд и Перссон, Кристин а.}, doi = {10.1063 / 1.4812323}, issn = {2166532X}, journal = {APL Materials}, число = {1}, pages = {011002}, title = {{Комментарий: The Materials Project: подход с использованием генома материалов к ускорению разработки материалов}}, url = {https://doi.org/10.1063/1.4812323}, объем = {1}, год = {2013} } @article {Crisan2011, author = “Крисан, О. и Крисан, А. Д.”, title = “Эффекты фазового превращения и обменного смещения в механически легированных порошках Fe / магнетит”, journal = “Журнал сплавов и соединений”, год = “2011”, volume = “509”, pages = “6522-6527”, ASTM_id = “JALCEU” } @article {Gorton1965, author = “Гортон, А.Т. и Бицианес, Г. и Джозеф, Т.Л. “, title = “Коэффициенты теплового расширения железа и его оксидов по результатам измерений дифракции рентгеновских лучей при повышенных температурах”, journal = “Сделки Металлургического общества Эйме”, год = “1965”, volume = “233”, pages = “1519-1525”, ASTM_id = “TMSAAB” } @article {Kohlhaas1967, author = “Кольхаас, Р. и Дуэннер, П. и Шмитц-Пранге, Н.”, title = “Ueber die Temperaturabhaengigkeit der Gitterparameter von Eisen, Kobalt und Nickel im Bereich hoher Temperaturen”, journal = “Zeitschrift fuer Angewandte Physik”, год = “1967”, volume = “23”, pages = “245-249”, ASTM_id = “ZAPHAX” } @article {Orlova1977, author = “Орлова И.Г., Елисеев А.А. и Чуприков Г. и Рукк, Ф. “, title = “Система Fe-Tb”, journal = “Журнал неорганической химии”, год = “1977”, volume = “22”, pages = “2557-2560”, ASTM_id = “ZNOKAQ” } @article {Lu1941, author = “Лу, С.-С. и Чанг, Ю.Л.”, title = “Точная оценка расстояний между решетками по порошковым фотографиям с обратным отражением”, journal = “Труды Физического общества, Лондон”, год = “1941”, volume = “53”, pages = “517-528”, ASTM_id = “PPSOAU” } @article {Jing2003, author = “Цзин, С.и Цао С. и Чжан, J.C. “, title = “Зависимость магнитных свойств от постоянной решетки в сплавах Fex Mn1-x с ОЦК и ГЦК”, journal = “Physical Review, Серия 3. B – Конденсированное вещество (18,1978-)”, год = “2003”, volume = “68”, pages = “224407-1-224407-11”, ASTM_id = “PRBMDO” } @article {Fang2012, author = “Фанг, К.М. и ван Хьюис, М.А., и Тейссе, Б.Дж. и Зандберген, Г.В.”, title = “Стабильность и кристаллические структуры карбидов железа: сравнение полуэмпирического модифицированного метода погруженного атома и квантово-механических расчетов методом DFT”, journal = “Physical Review, Серия 3.B – Конденсированное вещество (18,1978-) », год = “2012”, volume = “85”, pages = “054116-1-054116-7”, ASTM_id = “PRBMDO” } @article {Owen1933, author = “Оуэн, Э.А. и Йейтс, Э.Л.”, title = “Прецизионные измерения параметров кристалла”, journal = “Философский журнал, Серия 6 (1901-1925)”, год = “1933”, volume = “15”, pages = “472-487”, ASTM_id = “PHMAA4” } @article {Cerny2003, author = “Черни, М. и Поклуда, Дж., и Соб, М., и Фриак, М., и Сандера, П.”, title = “Ab initio расчеты упругих и магнитных свойств кристаллов Fe, Co, Ni и Cr при изотропной деформации”, journal = “Physical Review, Серия 3. B – Конденсированное вещество (18,1978-)”, год = “2003”, volume = “67”, pages = “035116-1-035116-8”, ASTM_id = “PRBMDO” } @article {Owen1954, author = “Оуэн, Э.А. и Уильямс, Г.И.”, title = “Низкотемпературная рентгеновская камера”, journal = “Журнал научных инструментов”, год = “1954”, volume = “31”, pages = “49-54”, ASTM_id = “JSINAY” } @article {Nageswararao1974, author = “Нагесварарао, М.и McMahon, C.J.jr. и Герман, Х. “, title = “Растворимость и поведение сурьмы и олова в растворе альфа-железа и влияние добавок никеля и хрома”, journal = “Металлургические операции”, год = “1974”, volume = “5”, pages = “1061-1068”, ASTM_id = “MTGTBF” } @article {Paduani2011, author = “Падуани, К. и Бормио-Нуньес, К.”, title = “Ab initio исследование электронных и магнитных свойств интерметаллида Fe3 Zn”, journal = “Physica B, конденсированное вещество”, год = “2011”, volume = “406”, pages = “1752-1756”, ASTM_id = “PHYBE3” } @article {Wilburn1978, author = “Уилберн, Д.Р. и Бассетт, В.А. “, title = “Гидростатическое сжатие железа и родственных соединений: обзор”, journal = “Американский минералог”, год = “1978”, volume = “63”, pages = “591-596”, ASTM_id = “AMMIAY” } @article {Swanson1955, author = “Свонсон, Х. Э. и Тэтдж, Э.”, title = “Стандартные порошковые дифракционные рентгенограммы”, journal = “Национальное бюро стандартов (США), циркуляр”, год = “1955”, volume = “539”, pages = “1-75”, ASTM_id = “NBSCAA” } @article {Kochanovska1949, author = “Кочановская, А.”, title = “Исследование термического расширения кубических металлов”, journal = “Physica (Гаага) (1,1934-17,1951)”, год = “1949”, volume = “15”, pages = “191-196”, ASTM_id = “PYSIA7” } @article {Straumanis1969, author = “Straumanis, M.E. and Kim, D.C.”, title = “Постоянные решетки, коэффициенты теплового расширения, плотности и совершенство структуры чистого железа и железа, нагруженного водородом”, journal = “Zeitschrift fuer Metallkunde”, год = “1969”, volume = “60”, pages = “272-277”, ASTM_id = “ZEMTAE” } @article {MaoHokwan1967, author = “Хокванг, Мао и Бассетт, В.А. и Такахаши Т. “, title = “Влияние давления на кристаллическую структуру и параметры решетки железа до 300 кбар”, journal = “Журнал прикладной физики”, год = “1967”, volume = “38”, pages = “272-276”, ASTM_id = “JAPIAU” } @article {Xie2011, author = “Се, Яо Пин и Чжао, Ши Цзинь”, title = “Энергетические и структурные свойства сплавов ОЦК Ni Cu, Fe Cu: исследование из первых принципов”, journal = “Вычислительное материаловедение, Elsevier”, год = “2011”, volume = “50”, pages = “2586-2591”, ASTM_id = “CMMSEM” } @article {Westgren1922, author = “Вестгрен, А.и Фрагмен, Г. “, title = “Кристаллструктура фон Айзен унд Шталь”, journal = “Zeitschrift fuer Physikalische Chemie (Лейпциг)”, год = “1922”, volume = “102”, pages = “1-25”, ASTM_id = “ZPCLAH” } @article {KurtLejaegher2014, author = “Лежегере, Курт и Спейбрук, Вероника Ван и Ост, Гвидо Ван и Коттенье, Стефаан”, title = “Оценка погрешности предсказаний теории функционала плотности твердого тела: обзор элементарных кристаллов в основном состоянии”, journal = “Критические обзоры по твердому телу и материаловедению”, год = “2014”, volume = “39”, pages = “1-24”, ASTM_id = “CCRSDA” } @article {Hull1917, author = “Халл, А.W. “, title = “Кристаллическая структура альфа-железа”, journal = “Physical Review (1,1893-132,1963 / 141,1966-188,1969)”, год = “1917”, volume = “10”, pages = “661-696”, ASTM_id = “PHRVAO” } @article {Basinski1955, author = “Басински, З.С. и Хьюм-Ротери, В. и Саттон, А.Л.”, title = “Расширение решетки железа”, journal = “Труды Лондонского королевского общества, серия A: математические и физические науки (76,1906-)”, год = “1955”, volume = “229”, pages = “459-467”, ASTM_id = “ПРЛААЗ” } @article {Meschel2011, author = “Мешель, С.В., Павлу, Дж. И Нэш, П. “, title = “Термохимическое поведение некоторых бинарных сплавов с памятью формы с помощью калориметрии прямого высокотемпературного синтеза”, journal = “Журнал сплавов и соединений”, год = “2011”, volume = “509”, pages = “5256-5262”, ASTM_id = “JALCEU” } @article {Giles1971, author = “Джайлс П.М. и Лонгенбах М.Х. и Мардер А.Р.”, title = “Альфа под высоким давлением leftrightarrow эпсилон-мартенситное превращение в железе”, journal = “Журнал прикладной физики”, год = “1971”, volume = “42”, pages = “4290-4295”, ASTM_id = “JAPIAU” }

границ | Наноразмерный сульфид железа: структура, синтез, свойства и биомедицинские применения

Введение

С развитием нанотехнологий (Li et al., 2019), наноматериалы стали основным ресурсом для разработки новых терапевтических лекарств и технологий, предназначенных для улучшения здоровья человека и качества жизни (Zhang and Webster, 2009; Esmaeili et al., 2020; Wang et al., 2020) . В частности, благодаря своей множественной функциональности и превосходной биосовместимости, наноматериалы на основе железа часто используются в биомедицине, например, в биоразделении, биосенсорах, магнитно-резонансной томографии (МРТ), гипертермии опухолей и доставке лекарств (Chen and Gu, 2017). .Кроме того, недавние исследования показали, что эти наноматериалы обладают внутренними ферментативными свойствами (Gao et al., 2007; Xie et al., 2012; Xu et al., 2018), важной формой нанозимов, представляющих новое поколение искусственных фермент (Wei, Wang, 2013; Dong et al., 2019; Liang, Yan, 2019). В настоящее время большинство наноматериалов на основе железа представляют собой оксиды железа, которые обладают превосходными супрапарамагнитными свойствами, с каталитической активностью, имитирующей активность оксидоредуктаз, включая пероксидазу, каталазу, супероксиддисмутазу и оксидазу (Gao et al., 2007; Лян и Ян, 2019). Однако наноматериалы сульфида железа не были всесторонне изучены и не использовались в биомедицинских областях. Поскольку O и S являются конгенерированными элементами, сульфид железа демонстрирует те же физико-химические свойства, что и оксид железа (Fu et al., 2019). Кроме того, фазы сульфида железа в природе включают макинавит (FeS), пирротин (Fe _{1 − x} S), пирит (FeS ₂ ) и грейгит (Fe ₃ S ₄ ) и т. Д. , которые проявляют большую изменчивость, чем оксид железа, содержащий только Fe ₂ O ₃ и Fe ₃ O ₄ .Ширина запрещенной зоны в сульфиде железа меньше, чем в оксиде железа, что приводит к тому, что первый имеет более подходящий перенос электронов и проводимость (Wadia et al., 2009; Jin et al., 2017; Zhang et al., 2018). Важно отметить, что кластеры железо-сера являются важными кофакторами многих ферментов, которые служат активными центрами переноса электронов в каталитических процессах и реакциях дыхательной цепи (Qi and Cowan, 2011). Поэтому ожидается, что наноматериалы сульфида железа будут обладать множеством функций и иметь большой потенциал в биомедицинских приложениях.Здесь мы кратко опишем типы, синтез и свойства наноматериалов сульфида железа и подчеркнем их применение в биомедицине и медицине. Это обеспечит всестороннее понимание наноматериалов сульфида железа и проиллюстрирует их значительный потенциал как новых многофункциональных биоматериалов в биомедицинских приложениях.

Тип и структура сульфида железа

Твердые фазы сульфидов железа включают в основном FeS (макинавит), Fe _{1 − x} S (пирротин), FeS _2p (пирит), FeS _2m (марказит), Fe ₃ S ₄ (грейгит ) и Fe ₉ S ₁₁ (смитит).Следовательно, содержание железа в биоматериале влияет на его фазу, форму, а также на физические и химические свойства. FeS естественно имеет тетрагональную структуру, где каждый атом железа координирован до четырех сер. Для Fe _{1 − x} S присутствует моноклинный гексагональ. FeS _2p образует стабильные дисульфиды железа (II) с кубической структурой. FeS _2m отличается от FeS _2p как ромбический метастабильный дисульфид железа (II), в то время как Fe ₃ S ₄ представляет собой кубический метастабильный сульфид Fe (II) Fe (III).Гексагональный Fe ₉ S ₁₁ относится к фазе Fe _{1 − x} S (Rickard and Luther, 2007).

Зарегистрированные кристаллические структуры сульфида железа показаны на рисунке 1 (Fleet, 1971; Argueta-Figueroa et al., 2017). FeS имеет тетрагональную слоистую структуру, в которой атомы железа связаны через тетраэдрическую координацию с четырьмя равноудаленными атомами серы. Один атом железа координирован с четырьмя равноотстоящими атомами серы. Расстояние Fe-Fe составляет 2,5967 Å. Кроме того, Fe-Fe-связь является значительной в FeS.Чтобы оценить влияние сил Ван-дер-Ваальса, возникающих из-за атомов S, листы, включая Fe, укладываются вдоль оси C. Расстояние между этими слоями составляет 5 Å. Структура Fe ₂ S ₂ близка к FeS. Структура FeS ₂ аналогична структуре NaCl, в которой S ^2- расположен в центре куба. Кубическая структура имеет низкую симметрию. Кроме того, FeS ₂ проявляет хиральность за счет абсорбированных органических молекул. Fe ₃ S ₄ имеет структуру обратной шпинели, в которой 8 атомов Fe расположены в тетраэдрических A-позициях, а 16 атомов Fe расположены в B-позициях октаэдра.Элементарная ячейка Fe ₃ S ₄ составляет 9,876 Å. Кроме того, кубическая структура Fe ₃ S ₄ образует плотно упакованный массив молекул S, связанных более мелкими единицами Fe (рис. 1D). Установлено, что структура Fe ₇ S ₈ представляет собой гексагональную сверхъячейку (Fleet, 1971). Жизнеспособное распределение вакансионных позиций, идеальное для базовой структуры NiAs, было обнаружено для описания структуры Fe ₉ S ₁₀ (Elliot, 2010).

Рисунок 1 . Кристаллическая структура сульфида железа. (А) FeS. (В) FeS ₂ . (C) Fe ₂ S ₂ . (D) Fe ₃ S ₄ . Воспроизведено с разрешения Рикарда и Лютера (2007). Авторское право 2007 г., Американское химическое общество.

Синтез наноразмерных сульфидов железа

Наноразмерный сульфид железа включает ряд соединений железа и серы. Во-первых, обсуждается комплекс химических и биологических методов их получения.Кроме того, в таблице 1 представлены наиболее известные синтезированные методы создания различных фаз сульфида железа.

Таблица 1 . Внешний вид, размеры и периоды решетки сульфида железа.

Гидротермальный синтез

Термическое разложение – это наиболее часто используемая гидротермальная реакция для производства сульфида железа. Типичный метод сольвотермического синтеза nFeS сначала включает растворение FeCl ₃ · 6H ₂ O в 40 мл этиленгликоля.Затем добавляют NaOAc и сероорганические соединения (аллилметилсульфид, диаллилсульфид, диаллилтрисульфид, диаллилдисульфид, цистеин, цистин, глутатион (GSH) или метионин) при непрерывном и энергичном перемешивании. Затем систему обрабатывали ультразвуком в течение 10 мин и переносили в автоклав из нержавеющей стали с тефлоновым покрытием. Смесь реагировала при 200 ° C в течение 12 ч и осадки трижды промывали этанолом и водой. Наконец, продукты сушили при 60 ° C в течение 3 ч (Xu et al., 2018). Для FeS ₂ молекулярный предшественник из одного источника Fe ³⁺ диэтилдитиофосфат образует водный раствор в результате реакции FeCl ₃ и (C ₂ H ₅ O) ₂ P (S) SNH ₄ , с гексадецилтриметиламмонийбромидом (CTAB), добавленным в качестве поверхностно-активного вещества и прореагировавшим с единственным предшественником [(C ₂ H ₅ O) ₂ P (S) S] ₃ Fe (Wadia et al., 2009). Для FeS: FeCl ₃ · 6H ₂ O растворяли в сверхчистой воде с добавлением к раствору этаноламина и тиомочевины. После перемешивания в течение 25 минут смесь добавляли в автоклав с тефлоновым покрытием и проводили реакцию при 180 ° C в течение 12 часов. Синтез Fe ₃ S ₄ отличается от синтеза FeS. FeCl ₃ · 6H ₂ O, этиленгликоль, тиомочевина и H ₂ O ₂ были смешаны и прореагировали при 180 ° C в течение 18 часов в присутствии укупорочного агента поливинилпирролидона (PVP) для предотвращения чрезмерного рост и агрегация наночастиц (НЧ) (Moore et al., 2019). Затем монокристаллы Fe _{1 − x} S были синтезированы гидротермальным методом путем добавления кристаллов K _0,8 Fe _1,6 S ₂ , порошка Fe, NaOH и тиомочевины в деионизированной воде, которые реагировали при 120 ° C. ° C в течение 3–4 дней (Guo et al., 2017). Ионные жидкости, которые образуют системы протяженных водородных связей, затем использовались для образования более высоких структур в основе гидротермального процесса, как сообщили Чжэн и его коллеги при изменении структуры Fe ₃ S ₄ (Ma et al., 2010). Вообще говоря, продукт, полученный гидротермальным методом, имеет лучшую диспергируемость и управляемость, но примеси оксида железа также могут появляться при синтезе сульфида железа. Между тем, по данным дифракции рентгеновских лучей (XRD) образцов, синтезированных гидротермальным способом, по-видимому, легко образуется многофазный сульфид железа.

Производство СВЧ

Основные преимущества методов с использованием микроволн по сравнению с обычным нагревом включают меньшее время реакции, меньшее распределение частиц по размеру и более высокую чистоту.Этиленгликоль является растворителем, подходящим для микроволновых методов из-за его относительно высокого дипольного момента. Для микросферолитов FeS ₂ , FeSO ₄ · 7H ₂ О, PVP-K30 и порошок S в этиленгликоле можно подвергнуть реакции с помощью микроволн в атмосфере N ₂ (Li M. et al., 2011). Хотя этот новый метод может быть более желательным, следует отметить, что явление агрегации, по-видимому, не улучшается.

Совместные осадки

Химическое соосаждение не содержит примесей.Операция проводится в мягких условиях и обычно синтезируется с использованием методов Fe ₃ S ₄ , в которых гептагидрат сульфата железа (II) и сульфид натрия растворяются в сверхчистой деионизированной воде. Затем раствор по каплям добавляли к уксусной кислоте для доведения pH до 3,0 с последующим перемешиванием в течение нескольких минут. Реакцию готовили в атмосфере N ₂ (Chang et al., 2011). Кроме того, зеленый синтез был достигнут в реакторе непрерывного действия с мешалкой (Simeonidis et al., 2016). Как сообщалось ранее, условия синтеза, требуемые для соосаждения, более жесткие, чем для других методов, и полученные продукты могут показывать плохую гомогенность.

Высокотемпературный химический синтез

Для FeS ₂ описаны методы химического синтеза с использованием высоких температур. Вкратце, ацетилацетонат железа (II) (Fe (acac) ₂ ), оксид триоктилфосфина (TOPO) и олеамин (OLA) смешивали и дегазировали при 110 ° C в течение 1 часа в вакууме.Затем смесь быстро нагревали до 220 ° C в течение 1 ч при интенсивном перемешивании на магнитной мешалке в присутствии азота. Затем быстро вводили серу в раствор, который нагревали до 220 ° C в течение 1 часа. После охлаждения раствора к осадку добавляли этанол для проявления нанопластинок FeS ₂ (Bi et al., 2011). Также сообщалось о методах синтеза Fe _1-x S и Fe ₃ S ₄ . Метод быстрой закачки был использован для уменьшения размера Fe ₃ S ₄ (Beal et al., 2012). Этот метод синтеза очень чувствителен к условиям эксперимента.

Сонохимический синтез

В качестве удобного и стабильного метода синтеза Бала и его коллеги описали сонохимический синтез специфического FeS. Сначала сульфид натрия растворяли в бидистиллированной воде. FeSO ₄ · 7H ₂ O затем независимо растворяли в растворе бидистиллированной воды и полиэтиленгликоля (1: 1). Раствор сульфида натрия содержал каплю поверхностно-активного вещества Triton-X, которое добавляли по каплям к вышеуказанному раствору при непрерывной обработке ультразвуком в течение 30 минут.Затем добавляли PVP и перемешивали систему с помощью ультразвука в течение следующих 30 минут (Ahuja et al., 2019).

Другие химические методы

Сообщалось о некоторых необычных синтетических химических методах. Низкотемпературный синтез наночастиц FeS ₂ был описан в 2014 г. (Srivastava et al., 2014a). Вкратце, FeCl ₃ и полисульфид натрия (Na ₂ S _x ) смешивали в ацетатном буфере с pH 5,6 в анаэробной среде. Затем черный раствор подвергали реакции на масляной бане при 90–100 ° C в течение 4 ч с образованием сероватого продукта FeS ₂ .Затем с использованием флюсовых методов синтезировали 1D Fe ₇ S ₈ . Реакцию проводили в печи при 750–850 ° C (Kong et al., 2005). FeS также может быть создан в биологической системе (Mei and Ma, 2013).

Биоминерализация

Биосинтез сульфида железа с использованием микроорганизмов лучше всего подходит для биомедицинских применений (Li X. et al., 2011). Когда микроорганизмы взаимодействуют с целевыми ионами, они переносятся в микробные клетки с образованием НЧ в присутствии определенных ферментов.Помимо преимуществ зеленого синтеза, биологические методы улучшают биосовместимость сульфида железа. Образующиеся частицы обладают более высокой каталитической реакционной способностью и большей площадью поверхности. Предыдущие исследования показали, что НЧ FeS ₂ , Fe ₃ S ₄ и FeS могут продуцироваться микроорганизмами. Для биоминерализации Fe ₃ S ₄ и FeS ₂ была описана магнитотактическая бактерия (Mann et al., 1990). В 1995 году FeS-материалы были произведены сульфатредуцирующими бактериями, выращенными на железосодержащих субстратах (Watson et al., 1995). Базилински и его коллеги также сообщили об образовании Fe ₃ S ₄ с использованием некультивируемых магнитотактических бактерий (Lefèvre et al., 2010). Сульфатредуцирующие бактерии были способны продуцировать Fe _1-x S, как сообщили Чарнок и его коллеги (Watson et al., 2000). Впоследствии микроорганизмы сформировали наночастицы на поверхности, и, как таковая, пористая структура наночастиц сульфида железа не могла препятствовать нормальному метаболизму. Эти исследования подтвердили полезность этого метода для эффективного производства NP.Методы химической биоминерализации также использовались для синтеза FeS ₂ и квантовых точек FeS (Jin et al., 2018; Yang et al., 2020).

Модификации сульфида железа

Голые ядра нанокристаллов имеют нестабильную структуру, склонную к фотохимической деградации. Однако немодифицированные вещества обладают более высокой токсичностью. Таким образом, биосовместимые фрагменты важны, поскольку они служат в качестве заглушек для наноматериалов, включая полиэтиленгликоль (PEG), диоксид кремния, лактозу, цитрат и декстран (Simeonidis et al., 2016; Mofokeng et al., 2017). В предыдущих исследованиях сообщалось о синтезе, характеристике, цитотоксичности и биораспределении нанопластинок FeS / PEG in vivo (Yang et al., 2015). Для нанесения серебра на поверхность 3-аминопропилтриэтоксисилана (APTES), модифицированного 3-аминопропилтриэтоксисиланом, модифицированного 3-аминопропилтриэтоксисиланом (APTES), использовали метод адсорбционно-восстановительного восстановления, что позволило получить магнитные композитные наночастицы Fe ₃ S . 4 / Ag (He et al., 2013). Однако модификации также привели к побочным эффектам. Например, модификация CTAB подавляла рост нано Fe ₃ S ₄ (Simeonidis et al., 2016).

Характеристика сульфида железа

Требуются подробные характеристики для подтверждения синтеза сульфида железа. Сканирующая электронная микроскопия (SEM) и просвечивающая электронная микроскопия (TEM) могут использоваться для изображения морфологии поверхности. Это наиболее прямые и часто используемые методы оценки микроструктуры, размера и дисперсности материалов.Различия в синтетических методах привели к вариациям в изображениях ПЭМ / СЭМ, в том числе в пределах одной и той же фазы. Для FeS сообщалось о нанопластинках, сферических наночастицах и формах, подобных цветкам граната. FeS ₂ существует в виде крупных частиц, кубических нанокристаллов, монодисперсных микросферолитов, сферических и гексагональных нанолент и наностержней. Типичные изображения сульфида железа показаны на рисунке 2. Таблица 1 показывает наиболее распространенную морфологию и размер FeS, FeS ₂ , Fe ₃ S ₄ и Fe ₇ S ₈ .Для оценки кристалличности материалов измеряются пространства решетки. Полученные значения пространств кристаллической решетки сульфидов железа суммированы в таблице 1. Состав, содержание и структура вещества могут быть проанализированы, измерены и выведены с использованием спектрометрии в ультрафиолетовой и видимой (УФ-видимой) области и поглощения УФ и видимого света. . Согласно предыдущим исследованиям, пики УФ-поглощения FeS составляют 285 нм и 500 нм (таблица 2). Информацию о составе материалов и структуре и / или морфологии атомов или молекул внутри материалов можно получить с помощью рентгеноструктурного анализа.XRD является наиболее прямым индикатором чистоты кристалла и, следовательно, представляет собой удобную систему для анализа синтезированных материалов. Карты JCPDS используются для сравнения и анализа неизвестных кристаллов. Карты JCPDS FeS (карта JCPDS № 15-0037 и 75-0602), FeS ₂ (карта JCPDS № 03-065-1211, 89-3057, 65-3321 и 42-130), Fe ₃ S ₄ (карта JCPDS № 16-0713, 89-1998 и 16-0073) и Fe ₇ S ₈ (карта JCPDS № 25-0411 и 76-2308) перечислены в таблице 2 .Для наноматериалов сульфида железа важна рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) Fe и S. Материалы FeS представлены в таблице 2 (Fe 2p: 2p _3/2 (711,4 эВ), 2p _1/2 (724,9 эВ), S 2p: 2p _3/2 (161,1 эВ), 2p _{1). / 2} (166,0 эВ)), FeS ₂ (Fe 2p: 2p _3/2 (707,0 эВ), 2p _1/2 (720,0 эВ), S 2p 2p _3/2 (162,3 эВ) ), 2p _1/2 (163,5 эВ)), Fe ₃ S ₄ (Fe 2p: 2p _3/2 (711.0 эВ), S 2p: 2p _3/2 (161,0 эВ), 2p _1/2 (162,5 эВ)), Fe ₇ S ₈ (Fe 2p: 2p _3/2 (709,9 эВ), (711,6 эВ), S 2p: 2p _3/2 (163,5 эВ), 2p _1/2 (164,7 эВ)). Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) может использоваться для обнаружения функциональных групп в сложной смеси и, следовательно, имеет важное значение для характеристики модифицированного сульфида железа. Предыдущие исследования предоставили FTIR-спектры, показывающие успешные модификации APTES на поверхности наночастиц Fe ₃ S ₄ (He et al., 2013). Fe ₇ S _{8 наногибридов} / N-C были приготовлены для FeMOF и FeMOF-S и проанализированы с помощью FTIR (Jin et al., 2019). Кроме того, энергодисперсионная спектроскопия (EDS) (Paolella et al., 2011; Ding et al., 2016; Guo et al., 2016), динамическое рассеяние света (DLS) (He et al., 2013; Ding et al. , 2016), рамановской спектроскопии (Gan et al., 2016; Guo et al., 2016), дифракции электронов в выбранной области (SAED) (Kar and Chaudhuri, 2004), тонкой структуры поглощения рентгеновских лучей (XAFS) (Feng et al. ., 2013), дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и термогравиметрическим анализом (ТГА) (Jin et al., 2019), изотермы адсорбции-десорбции азота и анализ распределения пор по размерам (Guo et al., 2016) сульфида железа были представлены в качестве систем характеризации.

Рисунок 2 . Типичные изображения наноразмерного сульфида железа. (A) ПЭМ-изображение сферического FeS. Воспроизведено с разрешения Dai et al. (2009). Авторское право 2009 г., Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Вайнхайм. (B) ПЭМ и ВРЭМ FeS ₂ наноточек. Воспроизведено с разрешения Jin et al.(2018). Авторское право 2017 г., Американское химическое общество. (C) ПЭМ-изображения тромбоцитов Fe ₃ S ₄ . Воспроизведено с разрешения Paolella et al. (2011). Авторское право 2011 г., Американское химическое общество. (D) SEM и HRTEM Fe ₇ S ₈ нанопроволок. Воспроизведено с разрешения Yao et al. (2013). Авторское право 2013, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Вайнхайм.

Таблица 2 . UV-VIS, XPS и XRD сульфида железа.

Характеристики наноразмерных сульфидов железа

Помимо физических и химических свойств, характеристики включают структуру, растворимость, стабильность, реакционную способность, магнитные свойства и фототермические свойства продуктов.

Растворимость

Основными формами наноразмерных сульфидов железа являются твердые осадки, плохо растворимые в воде. Однако Rickard et al. показали, что осадочный FeS может растворяться при c (S ^2-) ≤ 10 ^-5.7 M с образованием Fe ²⁺ . Растворимость может быть увеличена в щелочной среде, а не в нейтральной (Rickard, 2006). FeS не растворяется в HCl, что означает, что его нельзя удалить с помощью HCl (Rickard and Luther, 2007). Согласно предыдущим исследованиям, K _sp FeS ₂ составлял 10 ^-16,4 при 25 ° C. Продукты растворимости различных сульфидов железа были оценены и привели к согласованным значениям pKs (FeS: 3,6 ± 0,2; FeS ₂ 16,4 ± 1,2; Fe ₃ S ₄ 4.4 ± 0,1; Fe ₇ S ₈ 5,1 ± 0,1). Это улучшило наше понимание растворимости сульфида железа как в синтетической, так и в природной воде при комнатной температуре (Davison, 1991).

Стабильность

FeS стабилен в диапазоне P-T ядра Марса (Kavner et al., 2001). Понимание взаимосвязи между стабильностью сульфида железа и его химической средой имеет ключевое значение. После образования сульфида железа его структура обратима. Исследования изучали стабильность FeS ₂ при различных температурах и концентрациях поглощенной воды на поверхности.Температура мало влияет на морфологию FeS ₂ при низких концентрациях поглощенной воды. Однако при температуре выше 90 К переход от октаэдрической структуры к кубической форме ускоряется. При более высоких концентрациях воды зависимость от температуры более очевидна (Barnard and Russo, 2009). В последнем исследовании установлено, что функции поверхностных лигандов влияют на стабильность FeS ₂ (наностержни FeS ₂ , синтезированные в лаборатории) (Barand and Russo, 2009).Стабильность FeS способствовала низкоэнергетическому возбуждению от Fe d до S-Sσ ^* p (Zhang et al., 2018). Fe ₃ S ₄ наблюдали при 200 ° C в течение 30 часов, затем со временем он трансформировался в FeS ₂ (Gao et al., 2015).

Реакционная способность

Сульфид железа обладает высокой реакционной способностью по отношению к N ₂ и H ₂ S. Эта реакция происходит при комнатной температуре, и адсорбция N ₂ зависит от поверхности FeS и электронного состояния N ₂ .Уменьшение абсорбированных N ₂ и H ₂ S можно объяснить образованием аммиака (Kasting, 1993). Реакционная способность Fe ₇ S ₈ аналогична FeS (Niño et al., 2018). Присутствие атомов Au ¹⁺ и Au было обнаружено на поверхности FeS ₂ . Осаждение Au увеличивается при более высоких pH и температурах. Также была исследована реакционная способность сульфидов Au ¹⁺ с FeS ₂ (Scaini et al., 1998).Аналогичным образом сообщается о реакционной способности FeS ₂ с использованием газообразных H ₂ O и O ^2-. Газообразный H ₂ O приводит к образованию гидроксидов железа на FeS ₂ . Последовательность различных воздействий также приводит к образованию ряда продуктов (SO42-, Fe (OH) ₃ ) (Usher et al., 2005). Недавно было показано, что FeS ₂ является потенциальным наноматериалом для пребиотической химии из-за его высокореактивной поверхности, которая управляет адсорбцией аминокислот (Ganbaatar et al., 2016). Среди наиболее распространенных зондов молекулы воды использовались для изучения реакционной способности FeS ₂ (De Leeuw et al., 2000). Различные фазы сульфида железа проявляют широкий диапазон реакционной способности по отношению к хлорированным растворителям. Условия, включая pH, концентрацию сульфидов, ионы металлов и природное органическое вещество, могут влиять на кинетику реакции разложения хлорированных растворителей (He et al., 2015). Сообщалось также о взаимодействии FeS, Fe ₃ S ₄ и CO ₂ .Перенос заряда на FeS также может эффективно активировать CO ₂ , в то время как Fe ₃ S ₄ не реагирует с CO ₂ (SantosCarballal et al., 2017).

Магнитные свойства

Наноматериалы с магнитными свойствами имеют множество применений, включая магнитокалорическую терапию, в качестве агентов МРТ, материалов для магнитной сепарации и магнитных носителей. Открытие их магнитных свойств привело к идентификации фаз сульфида железа. Ферромагнетизм Fe ₇ S ₈ можно объяснить ионами Fe ³⁺ с избытком серы (Yosida, 1951).Магнитная восприимчивость χ природного FeS ₂ оказалась равной 64 × 10 ⁻⁶ 68 × 10 ⁻⁶ см ³ / моль между 4,2 и 380 К (Mohindar and Jagadeesh, 1979). Магнитное упорядочение в FeS было выведено и использовано для доказательства сильных коллективных спиновых флуктуаций. FeS также можно использовать в качестве сверхпроводника (Kwon et al., 2011). Даже когда структура FeS изменяется от троилита к типу MnP под высоким давлением, антиферромагнитные свойства сохраняются до тех пор, пока не сформируется моноклинная структура (Ono, 2007).Затем магнитный момент исчезает, и йетрагональная фаза FeS (Tc: 5K) наблюдалась для той же структуры, что и сверхпроводник FeSe (Tc: 8 K) (Kuhn et al., 2016). Fe ₃ S ₄ показывает высокое значение Mrs / χ (Mrs / χ: изотермическая остаточная намагниченность насыщения: магнитная восприимчивость), его MrsMs (отношения гистерезиса) и Bcr / Bc составляют 0,5 и 1,5 (Ms: намагниченность насыщения; Bc : коэрцитивная сила; Bcr: принуждение к остаточной силе). Fe ₃ S ₄ также демонстрирует уникальные высокотемпературные свойства с явным падением намагниченности от 270 до 350 ° C (Roberts, 1995).Синтезированный Fe ₃ S ₄ содержит различные кристаллы от мелких суперпарамагнитных зерен (без остаточной магнитной индукции) до крупных многодоменных зерен (Snowball, 1991). Магнитные гистерезисные свойства Fe ₇ S ₈ также были изучены (Menyeh and O’Reilly, 1997). Сообщалось о взаимосвязи между структурой и магнитными свойствами в пределах переменных температур. Магнитные переходы произошли в рамках трансформации структуры (Powell et al., 2004). Способность магнитокалорического преобразования наночастиц Fe ₃ S ₄ была измерена в переменном магнитном поле (AMF).Между тем, отличные физические и химические свойства обеспечивают магнитотермическую тромболитическую способность в медицинских приложениях (Fu et al., 2019; Рисунок 3).

Рисунок 3 . Характеристики магнитокалорического преобразования (a – d) и фототермические свойства сульфидов железа. (a) Изменение температуры наночастиц Fe ₃ S ₄ в воде при различных концентрациях Fe ²⁺ (т.е. 0, 0,5 и 1,0 мг / мл) в зависимости от времени действия магнитного поля . (b) График изменения температуры за 300 с в зависимости от концентрации наночастиц Fe ₃ S ₄ . Тепловизионное изображение наночастиц (в) чистой воды и (г) Fe ₃ S ₄ наночастиц (1,0 мг / мл) под действием АМП в течение 5 мин. Воспроизведено с разрешения Fu et al. (2019). Авторское право 2019, Границы в материалах. (e) Синтетический путь и применение наноточек FeS ₂ в основе его фототермической активности. (f) Схема, показывающая фототермическое усиленное клеточное поглощение наночастиц FeS ₂ @ BSA-Ce6. Воспроизведено с разрешения Jin et al. (2018). Авторское право 2017 г., Американское химическое общество.

Фототермические свойства

Фототермическая терапия (ФТТ) в последние годы привлекла к себе большое внимание. Механизм PTT в основном возникает из-за фотопоглощающих наноматериалов, которые выделяют тепло посредством непрерывного лазерного излучения, разрушая раковые клетки, но не причиняя вреда здоровым тканям.Поэтому необходимо обратить внимание на фототермические свойства сульфида железа. Нанопланшеты с ПЭГилированным FeS (FeS-PEG) демонстрируют высокое поглощение в ближней инфракрасной области (NIR). При использовании инфракрасного (ИК) тепловизора температура может достигать 70 ° C в течение 5 минут. Между тем, FeS-PEG демонстрирует более высокую эффективность фототермического преобразования, чем другие известные оксиды железа (Yang et al., 2015). Были также синтезированы ультрамалые наноточки FeS ₂ , которые оказались полезными для фотодинамической терапии. Хлорин е6 (Се6) использовали для конъюгирования FeS ₂ в присутствии эталонного бычьего сывороточного альбумина (БСА).FeS _{2 наноточки} @ BSA-Ce6 (7 нм) продемонстрировали хорошие результаты в фотоакустической визуализации (PA) in vivo, , МРТ и повышенном клеточном поглощении (Jin et al., 2018; Рисунок 3).

Биомедицинские приложения

На сегодняшний день обобщены различные биомедицинские применения сульфида железа (катализаторы, антибактериальные агенты, методы лечения рака, системы доставки лекарств, тромболитические агенты, биосенсоры, противогрибковые агенты, улучшители семян в фитоприменениях) и их функциональные механизмы (схема 1).

Схема 1 . Принципиальная схема биомедицинского применения наноразмерного сульфида железа.

Ферментоподобный катализ

Кластеры железной серы являются критическими кофакторами многих ферментов и белков, которые проводят окислительно-восстановительные реакции и регулируют окислительный стресс. Таким образом, ожидается, что наноразмерные сульфиды железа будут выполнять аналогичный катализ и действовать как нанозимы. Предыдущие исследования показали, что сульфид железа может эффективно активировать персульфат (PS) или пероксимоносульфат (PMS) с образованием сульфатных радикалов (Xiao et al., 2020). Другие распространенные реакции с участием сульфида железа показаны в разделе «Сонохимический синтез». Поскольку в 2007 году было показано, что наночастицы оксида железа обладают внутренней пероксидазной активностью (Gao et al., 2007), было высказано предположение, что сульфид железа имеет аналогичные свойства. Каталитические процессы сульфида железа показаны на рисунке 4. Высокая каталитическая активность, мультиферментная активность, устойчивость к суровым условиям окружающей среды, стабильность при хранении и внутренние преимущества наноматериалов предоставляют дополнительные возможности для развития биомедицины, а это означает, что существуют хорошие альтернативы природным ферментам.Ферментативная активность сульфида железа интенсивно исследовалась. В 2010 году сообщалось, что нанолисты FeS обладают пероксидазоподобной активностью. Было показано, что суспензии FeS катализируют окисление субстратов пероксидазы, 3, 3 ‘, 5, 5’-тетраметилбензидина (TMB) с образованием синего продукта в присутствии H ₂ O ₂ (Dai et al., 2009 ) (Рисунок 4). Fe ₇ S ₈ нанопроволок, также обладающих внутренней пероксидазной активностью, также сообщалось в 2013 году, для которых наблюдали каталитическое поведение.Кажущийся K _M Fe ₇ S ₈ с TMB в качестве субстрата был 0,548 мМ, что почти в шесть раз ниже, чем у пероксидазы хрена (HRP). Эти результаты демонстрируют, что Fe ₇ S ₈ имеет более высокое сродство к TMB, чем к HRP (Yao et al., 2013). В 2015 г. было показано, что магнитные НЧ Fe ₃ S ₄ обладают пероксидазоподобной активностью. При исследовании кинетики устойчивого состояния было показано, что Fe ₃ S ₄ обладает более высоким сродством к H ₂ O ₂ , чем HRP.Причины могут заключаться в том, что Fe ₃ S ₄ связывается и реагирует с H ₂ O ₂ , после чего нанозим высвобождается до реакции со вторым субстратом TMB (Ding et al., 2016). Было показано, что nFeS (Fe _1-x S и Fe ₃ S ₄ ) (подробное описание в разделе «Гидротермальный синтез») обладает как пероксидазоподобной, так и каталазоподобной активностью (рис. 4). nFeS способен разлагать H ₂ O ₂ на свободные радикалы и O ₂ , способствуя высвобождению полисульфанов (Xu et al., 2018). Также было показано, что FeS ₂ обладает амилазоподобными свойствами (Srivastava et al., 2014b).

Рисунок 4 . Принципиальная схема катализа сульфида железа как нанозима. (A) Пероксидазоподобная активность FeS. Изображения суспензии листовой наноструктуры FeS (1), смеси ТМБ и H ₂ O ₂ после каталитической реакции листовой наноструктурой FeS (2), смесь TMB и H ₂ O ₂ после добавления H ₂ SO ₄ , чтобы погасить каталитическую реакцию пластинчатой ​​наноструктурой FeS (3).Воспроизведено с разрешения Dai et al. (2009). Авторское право 2009 г., Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Вайнхайм. (B) Каталазоподобная активность Cys-nFeS. Тенденция K M и соотношение V max / K M в кинетическом анализе с различным цистеином. Воспроизведено с разрешения Xu et al. (2018). Авторское право 2018, Издательская группа Nature.

Альтернативные антибактериальные средства

Schoonen et al. сообщили об антибактериальном действии FeS ₂ .Было показано, что его механизм связан с образованием H ₂ O ₂ . Эта же группа сообщила, что минералы могут вызывать образование активных форм кислорода (Cohn et al., 2006; Schoonen et al., 2006). Быстрое всасывание Fe ²⁺ может влиять на метаболизм бактерий. Окисление Fe ²⁺ до Fe ³⁺ приводит к образованию активных форм кислорода (АФК) и биомолекулярному повреждению. В результате сульфид железа может действовать как противомикробные средства.Сообщается, что сульфиды железа эффективны при бактериальных инфекциях. В 2013 году He et al. сообщили о бактериостатической активности Fe ₃ S ₄ / Ag против E. coli (86,2%) и S. aureus (90,6%). Между тем, НЧ Fe ₃ S ₄ без Ag не действуют (He et al., 2013). Группа Arenas-Arrocena синтезировала НЧ Fe _{x − 1} S и сообщила об их антибактериальной и цитотоксической активности в 2018 г. Антибактериальная активность против S.aureus, E. coli и E. faecalis (Argueta-Figueroa et al., 2018). Кроме того, Гао и его коллеги обнаружили антибактериальные неорганические полисульфиды железа, которые были преобразованы сероорганическими соединениями в 2018 году. Неорганические наносульфиды (nFeS, Fe _1-x S и Fe ₃ S ₄ ) показали ингибирование против Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus . В этих исследованиях также описаны новые стратегии синтеза наноматериалов сульфида железа.Кроме того, инфекции, связанные с биопленкой S. mutans , можно предотвратить с помощью nFeS (Xu et al., 2018) (рис. 5). Также были измерены антибактериальные свойства FeS ₂ -Bi ₂ O ₃ в отношении патогенных микроорганизмов Mycobacterium tuberculosis и Salmonella (Manafi et al., 2019). Дикша и др. сообщили, что НЧ FeS могут повышать внутрибактериальные уровни АФК в бактериях за счет светового облучения в 2020 году. Это было выявлено как основной антибактериальный механизм НЧ FeS (Agnihotri et al., 2020).

Рисунок 5. (A) Морфология P. aeruginosa до (контроль) и после обработки Cys-nFeS. Красные треугольники обозначают жгутики. Масштабные линейки: 1 мкм. (B) Фотографии инфицированных P. aeruginosa ран, обработанных буфером (контроль), Cys-nFeS, H ₂ O ₂ и Cys-nFeS + H ₂ O ₂ в разное время (по пять мышей в каждой группе). (C) Конфокальное трехмерное изображение биопленки S. mutans UA159, обработанной Cys-nFeS.Масштабные линейки: 100 мкм. (D) СЭМ-изображение биопленки S. mutans , обработанной Cys-nFeS. Красные стрелки указывают на прибыль на акцию. Левая шкала: 100 мкм. Правые масштабные линейки: 3 мкм. (E) Схема выделения полисульфана из nFeS. Воспроизведено с разрешения Xu et al. (2018). Авторское право 2018, Издательская группа Nature.

Лечение рака

Чен и его коллеги сообщили, что опухоли у мышей могут нарушать метаболизм железа в основных органах. Химическая форма железа в опухолях представляла собой сульфид железа и ферритин, что подчеркивает потенциал сульфида железа для лечения рака (Chen and Chen, 2017).Chang et al. синтезировал Fe ₃ S ₄ частиц с магнитными свойствами за счет соосаждения. НЧ использовались для лечения гипертермии при раке, открывая новые возможности для мультимодальной противоопухолевой терапии (Chang et al., 2011). В 2015 году Ян и др. пришли к выводу, что треугольные нанопластинки (наноструктуры FeS / PEG) могут быть использованы в качестве наноагентов для in vivo фототермического лечения рака под контролем МРТ. Было показано, что высокие дозы нанопластинок FeS безопасны и эффективны на мышах. Это исследование подчеркнуло потенциальное клиническое использование FeS для МРТ в дополнение к ЧТВ (Рисунок 6) (Yang et al., 2015). В 2018 году было показано, что нанолисты Fe ₃ S ₄ обладают высокой эффективностью для фототермической и хемодинамической синергетической терапии под контролем МРТ, что открыло новое направление в разработке неорганического сульфида железа для будущих клинических применений (Guan et al., 2018 ). Крошечный наноразмерный сульфид железа с простым методом биоминерализации также привлек внимание из-за его огромного потенциала применения in vivo , особенно в терапии рака, в сочетании с его превосходными фототермическими и магнитными характеристиками.FeS ₂ @ BSA-Ce6 (подробно в разделе Биоминерализация) продемонстрировал хорошие результаты, будь то in vivo, мультимодальная визуализация или in vivo, комбинированная терапия (Jin et al., 2018). Между тем, последняя литература доказала, что 3 нм КТ FeS @ BSA можно использовать в качестве контрастных агентов для Т1-взвешенной МРТ. Более того, ультрамалые квантовые точки показали хорошие результаты при фототермической терапии, и они могут выводиться через клубочковую фильтрацию в мочевой пузырь после лечения (Yang et al., 2020). Также исследовалось использование халькогенидов железа.Cu ₅ FeS ₄ -PEG NPs были эффективны при двухмодальной визуализации и PTT (Zhao et al., 2016). В 2017 году нанопластинки CuFeS ₂ использовались для in vivo, фототермической / фотоакустической визуализации и химиотерапии рака / PTT (Ding et al., 2017).

Рисунок 6. (A) In vivo флуоресцентные изображения голых мышей с опухолью 4T1, полученные в разные моменты времени после в / в инъекции наноточек FeS ₂ @ BSA-Ce6 (3,5 мг / кг Ce6 и 12 мг / кг). кг FeS ₂ ). (B) Фотоакустические изображения опухолей у мышей, сделанные в разные моменты времени после в / в инъекции наноточек FeS ₂ @ BSA-Ce6. (C) МРТ-изображения голых мышей с опухолью 4T1 до и через 8 часов после внутривенной инъекции наноточек FeS ₂ @ BSA-Ce6. (3,5 мг / кг Ce6 и 12 мг / кг FeS ₂ ). (D) ИК-тепловые изображения опухолей у мышей, которым в / в инъецировали FeS ₂ @ BSA-Ce6 при лазерном облучении 808 нм (0,8 Вт / см ² , 15 мин). (E) Изменения температуры поверхности опухолей, наблюдаемые с помощью ИК-тепловизора во время лазерного облучения. (F) Репрезентативные иммунофлуоресцентные изображения срезов опухоли после окрашивания гипоксией. Ядро клетки, области гипоксии и кровеносные сосуды окрашивали DAPI (синий), антителом к ​​пимонидазолу (зеленый) и антителом к ​​CD31 (красный), соответственно. Воспроизведено с разрешения Jin et al. (2018). Авторское право 2017 г., Американское химическое общество.

Доставка лекарств

Сульфид железа полезен как носитель лекарств. В предыдущих исследованиях модифицированный β-циклодекстрин (β-CD) и ПЭГ Fe ₃ S ₄ (GMNC) использовали в качестве НЧ, нагружающих лекарство.И β-ЦД, и ПЭГ использовались для контроля формы и размера ГМНК в качестве поверхностно-активных веществ. Кроме того, повышается биосовместимость Fe ₃ S ₄ с эффективностью захвата 58,7% для модифицированной доставки химиотерапевтического препарата доксорубицина. Между тем, усиленное химиотерапевтическое лечение опухолей мышей было получено за счет внутривенной инъекции ГМНК, нагруженных доксорубицином (Dox) (Feng et al., 2013; Рисунок 7).

Рис. 7. (A) Схематическое изображение магнитосомы, содержащей грейгит, и химически синтезированных магнитосомоподобных GMNC. (B) Эффект ингибирования роста в модели образца саркомы мыши S180. Фотографии и весовые отношения опухолевой ткани мышей, получавших физиологический раствор (контрольная группа), GMNC, Dox в низкой концентрации и GMNC, загруженные Dox (без внешнего магнитного поля и под его контролем), соответственно. Воспроизведено с разрешения Feng et al. (2013). Авторское право 2013, Издательская группа Nature.

Тромболитические агенты

В исследованиях сосудистых заболеваний удаление тромбоза неинвазивными методами является сложной задачей.Однако сообщалось об исследованиях НЧ сульфида железа в качестве тромболитических агентов. Ge et al. впервые подчеркнула полезность НЧ Fe ₃ S ₄ в качестве тромболитических агентов, обладающих как фототермической, так и магнитотермической тромболитической способностью. Используя наночастицы Fe ₃ S ₄ , тромбоз чревной вены можно предотвратить с помощью комбинированной магнитной гипертермии. И in vivo, , и in vitro , Fe ₃ S ₄ продемонстрировали положительный эффект при удалении тромбов (рис.8), обеспечивая новую стратегию гипертермии для предотвращения тромбоза (Fu et al., 2019).

Рисунок 8. (A) Тромболитическая способность in vitro наночастиц Fe ₃ S ₄ наночастиц при указанных условиях. Fe ₃ S ₄ наночастицы: 0,5 мг / мл; БИК: 808 нм, 0,33 Вт / см ^-2 ; AMF: 4,2 × 10 ⁹ А м ⁻¹ с ⁻¹ . (B) Т2-взвешенная МРТ-визуализация in vivo мыши с тромбозом чревной вены до (слева) и после (справа) внутривенной инъекции раствора наночастиц Fe ₃ S ₄ с последующим введением моделирование AMF.Воспроизведено с разрешения Fu et al. (2019). Авторское право 2019, Границы в материалах.

Биосенсоры

Сульфиды железа использовались в качестве сенсоров глюкозы из-за их внутренней пероксидазоподобной активности (Dai et al., 2009). Сенсоры глюкозы могут быть разработаны с использованием колориметрических методов, в которых каскадные реакции образуют основной механизм обнаружения глюкозы. TMB может быть окислен до oxTMB в присутствии глюкозы, GOx и сульфида железа. H ₂ O ₂ , полученный при разложении глюкозы в присутствии глюкозооксидазы, может использоваться в качестве субстрата для сульфида железа.Имитаторы пероксидазы сульфида железа могут окислять TMB до oxTMB в присутствии H ₂ O ₂ . Fe ₇ S ₈ нанопроволоки также обладают пероксидазной активностью. Используя линейный диапазон, можно определить концентрации глюкозы от 5 × 10 ⁻⁶ до 5 × 10 ⁻⁴ M (Yao et al., 2013). В 2016 году Сиань и его коллеги использовали магнитные наночастицы (МНЧ) Fe ₃ S ₄ для количественной оценки концентрации глюкозы в сыворотке крови человека. Линейный диапазон был измерен от 2 до 100 мкМ, а предел обнаружения (LOD) составлял 0.16 мкМ (Ding et al., 2016). Эти исследования подчеркнули потенциал свежеприготовленного сульфида железа как сенсоров глюкозы, так и искусственных нанозимов пероксидазы.

Противогрибковые средства

In vitro противогрибковые НЧ FeS проявили значительную противогрибковую активность против F. verticillioides при 18 мкг / мл ^-1 , с более высокой эффективностью, чем стандартные фунгициды (карбендазим (средняя эффективная доза (ED50): 230 мкг / мл ⁻¹ ) .Это были первые сообщения, в которых подчеркивалась противогрибковая активность сульфида железа.Влияние FeS на здоровье семян и параметры качества риса также оценивалось на основе этой противогрибковой активности. Было показано, что сульфиды железа эффективны в почвах с дефицитом железа в качестве альтернативы высоким дозам органических фунгицидов (Ahuja et al., 2019).

Усовершенствования семян в фито-приложениях

FeS ₂ представляет собой фотоэлектрический материал, который увеличивает биомассу растений в семенах нута (Cicer arietinum). Между тем, механизм функционального FeS ₂ объясняется его амилазоподобной активностью.В присутствии H ₂ O и FeS ₂ крахмал в семенах может расщепляться на H ₂ O ₂ , который участвует в абсорбции CO ₂ и улучшает здоровье растений. Семена шпината, обработанные FeS ₂ , демонстрировали более широкую морфологию листьев, большее количество листьев и повышенную биомассу (Srivastava et al., 2014b) (Рисунок 9). В более поздних исследованиях праймирование семян с помощью FeS ₂ было объявлено инновационной стратегией (Das et al., 2016).FeS ₂ также улучшил как урожай семян, так и рост на поле Brassica juncea (Rawat et al., 2017).

Рисунок 9 . Параметры роста растений: контроль vs. тест (FeS ₂ ). (a) Площадь листа / растение, показывающее значительное увеличение площади листа / опытных растений (52,4 ± 0,3) по сравнению с контролем (25,6 ± 0,2). (b) Индекс площади листа, показывающий общую фотосинтетическую площадь, доступную для растений, и высокие значения для исследуемых образцов (1,5 ± 0.07) может коррелировать с высоким содержанием биомассы удобренных растений шпината по сравнению с (0,9 ± 0,02). (c) Сравнительная фотография листьев, показывающая большую площадь листа у опытных растений по сравнению с контрольными растениями. Параметры роста растений: контроль vs. тест (FeS ₂ ). (г) Количество листьев / растение: контроль: 13 ± 1,0; тест: 19 ± 1.0. (e) Удельная площадь листа означает толщину листа и была обнаружена сходной как для опытных, так и для контрольных образцов. (f) Полевая фотография, сделанная на 50-й день (непосредственно перед уборкой урожая), показывающая, что растения опытной группы имеют сравнительно больше листвы по сравнению с контрольными растениями. (g) Предлагаемая схема механизма действия FeS ₂ на семена шпината в усилении прорастания и роста растений. Воспроизведено с разрешения Srivastava al. (2014). Авторское право 2014 г., Королевское химическое общество.

Выводы

Таким образом, мы выделили самые последние методы синтеза наночастиц сульфида железа, включая модификации и характеристики наносульфида железа. Поразительно, но наноразмерные сульфиды железа демонстрируют разнообразные физико-химические свойства, ферментативный катализ, высокую стабильность и биосовместимость, что облегчает их биомедицинское применение.Ряд наночастиц сульфидов железа был оценен в катализе, терапии опухолей, антибактериальных и противогрибковых средствах, доставке лекарств, биосенсорах, удалении тромбов и в растениях. К их преимуществам относятся (1) высокая биосовместимость из-за ключевой роли железа и серы в естественной жизни; (2) фототермические и магнитные свойства наноразмерного сульфида железа; (3) их наноструктура и большая площадь поверхности, которые могут улучшить доставку лекарств; и (4) их ферментативные свойства нанозимов, включая их высокую реактивность по отношению к многочисленным химическим веществам, которые могут регулировать перекись водорода, ROS и различные каталитические реакции для лечения связанных заболеваний.

Хотя было показано, что наноразмерные сульфиды железа представляют большой потенциал для многочисленных применений в биомедицине (Схема 2), ряд вопросов остается нерешенным, включая синтез сульфида железа, который является стабильным и однофазным, с модификации для адаптации к биологической среде. Исследования показали, что модификация молекулярного CTAB ингибирует получение НЧ Fe ₃ S ₄ из-за конкурентного ингибирования с Na ₂ S в кислых условиях, что приводит к образованию немагнитных сульфидов железа и других побочных продуктов.Наночастицы, модифицированные цитратом, не имеют достаточного расстояния между частицами из-за эффектов агрегации (Simeonidis et al., 2016). Кроме того, биомедицинские оценки сульфидов железа остаются немногочисленными, а механизмы их действия в физиологических условиях плохо изучены. Внутренние ферментативные свойства сульфида железа как нанозимов могут предоставить окно для понимания его биологических эффектов и потенциальной цитотоксичности in vivo . Взятые вместе, наноразмерные сульфиды железа обладают разнообразными физико-химическими свойствами и ферментативными свойствами, которые описывают форму отличительных наноматериалов с большим потенциалом для использования в биомедицинских приложениях.

Схема 2 . Принципиальная схема биомедицинских приложений на основе физико-химических свойств наноразмерного сульфида железа.

Авторские взносы

Все перечисленные авторы внесли существенный, прямой и интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее к публикации.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая (грант № 2018YFC1003500), а также Национальным фондом естественных наук Китая (гранты №№ 81930050, 81671810 и 31701236).

Список литературы

Агнихотри, С., Мохан, Т., Джа, Д., Гаутам, Х., и Рой, И. (2020). Двойная модальность наночастиц FeS с индуцированной реактивными видами кислорода и фототермической токсичностью по отношению к патогенным бактериям. СКУД ОМЕГА 5, 597–602.DOI: 10.1021 / acsomega.9b03177

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ахуджа Р., Сидху А. и Бала А. (2019). Синтез и оценка водных наночастиц сульфида железа (ii) (FeS-NP) против Fusarium verticillioides, вызывающего гниль оболочки и обесцвечивание семян риса. Eur. J. Plant Pathol. 155, 163–171. DOI: 10.1007 / s10658-019-01758-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Аргета-Фигероа, Л., Мартинес-Альварес, О., Сантос-Крус, Дж., Гарсия-Контрерас, Р., Акоста-Торрес, Л.С., Фуэнте-Эрнандес, Дж. И др. (2017). Наноматериалы из нетоксичных сульфидов металлов: систематический обзор их потенциальных биомедицинских применений. Mater. Sci. Англ. С 76, 1305–1315. DOI: 10.1016 / j.msec.2017.02.120

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Аргуета-Фигероа, Л., Торрес-Гомес, Н., Гарсия-Контрерас, Р., Вильчис-Нестор, А. Р., Мартинес-Альварес, О., Акоста-Торрес, Л.S., et al. (2018). Гидротермальный синтез нанопластин пирротина (Fe _{x − 1} S) и изучение их антибактериальной, цитотоксической активности. Прогресс Нац. Sci. 28, 447–455. DOI: 10.1016 / j.pnsc.2018.06.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баранд А. и Руссо С. (2009). Моделирование устойчивости наностержней FeS ₂ к окружающей среде с использованием уроков биоминерализации. Нанотехнологии 20: 115702. DOI: 10.1088 / 0957-4484 / 20/11/115702

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Барнард, А., и Руссо, С. (2009). Морфологическая стабильность нанокристаллов пирита FeS ₂ в воде. J. Phys. Chem. С 113, 5376-5380. DOI: 10.1021 / jp809377s

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бил Дж., Эчегоин П. и Тилли Р. (2012). Синтез и характеристика нанокристаллов магнитного сульфида железа. J. Solid State Chem. 189, 57–62. DOI: 10.1016 / j.jssc.2012.01.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Би, Ю., Юань, Ю., Экстром, К. Л., Дарво, С. А., и Хуанг, Дж. (2011). Стабильные на воздухе, светочувствительные, фазово-чистые тонкие пленки из нанокристаллов пирита железа для фотоэлектрических применений. Nano Letter 11, 4953–4957. DOI: 10.1021 / nl202902z

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чанг, Ю., Савита, С., Садхасивам, С., Хсу, К., и Лин, Ф. (2011). Изготовление, характеристика и применение наночастиц грейгита для гипертермии рака. J. Colloid Interface Sci. 363, 314–319. DOI: 10.1016 / j.jcis.2010.06.069

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен Р. и Чен Г. (2017). Вызванное опухолью нарушение метаболизма железа в основных органах: новый взгляд на химический состав железа. J. Int. Med. Res 46, 70–78. DOI: 10.1177 / 0300060517718711

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен Б. и Гу Н. (2017). Текущее состояние и развитие фармацевтических наноматериалов на основе железа. Mater. Китай 36, 211–218.

Кон, К., Лафферс, Р., Саймон, С., О’Риордан, Т., и Шунен, М. (2006). Роль пирита в образовании гидроксильных радикалов в угле: возможные последствия для здоровья человека. Деталь. Fiber Toxicol. 3:16. DOI: 10.1186 / 1743-8977-3-16

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дас К., Шривастава Г., Дубей А., Рой М., Джайн С., Сетхи Н. и др. (2016). Протравливание семян нано-железопиритом: устойчивое мероприятие по сокращению потребления удобрений при выращивании овощных (свекла, морковь), пряностей (пажитник), кормовых (люцерна) и масличных (горчица, кунжут). Nanotechnol. Environ. Eng . 1, 1–12. DOI: 10.1007 / s41204-016-0002-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэвисон, В. (1991). Растворимость сульфидов железа в синтетических и природных водах при температуре окружающей среды. Aquatic Sci. 53, 309–329. DOI: 10.1007 / BF00877139

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Де Леу, Н., Паркер, С., Ситхол, Х., и Нгёпе, П. Э. (2000). Моделирование структуры поверхности и реакционной способности пирита: введение потенциальной модели для FeS ₂ . J. Phys. Chem. B 104, 7969–7976. DOI: 10.1021 / jp0009498

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дин, Б., Ю, К., Ли, К., Дэн, X., Дин, Дж., Ченг, З. и др. (2017). Нанопластины CuFeS ₂ , прикрепленные к цис-платине с пролекарством, для фототермической / фотоакустической визуализации in vivo и химиотерапии / фототермической терапии рака. Nanoscale 9, 16937–16949. DOI: 10.1039 / C7NR04166G

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дин, К., Янь, Ю., Сян, Д., Чжан, К., и Сянь, Ю. (2016). Магнитные наночастицы Fe ₃ S ₄ с пероксидазоподобной активностью и их использование в фотометрическом ферментативном анализе глюкозы. Microchim. Acta 183, 625–631. DOI: 10.1007 / s00604-015-1690-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Донг, Х., Фань, Ю., Чжан, В., Гу, Н., и Чжан, Ю. (2019). Каталитические механизмы нанозимов и их применение в биомедицине. Bioconjug. Chem. 30, 1273–1296.DOI: 10.1021 / acs.bioconjchem.9b00171

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эсмаили, Э., Эслами-Аршаги, Т., Хоссейнзаде, С., Элахирад, Э., Джамалпур, З., Хатами, С. и др. (2020). Биомедицинский потенциал нановолоконных матов из ацетата целлюлозы / полиуретана, содержащих восстановленные нанокомпозиты оксида графена / серебра и куркумин: антимикробные свойства и заживление кожных ран. Внутр. J. Biol. Макромол. 152, 418–427. DOI: 10.1016 / j.ijbiomac.2020.02.295

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фэн, М., Лу, Й., Ян, Й., Чжан, М., Сюй, Й., Гао, Х. и др. (2013). Биоинспирированные магнитные нанокристаллы грейгита: применение в химическом синтезе и биомедицине. Sci. Реп. 3: 994. DOI: 10.1038 / srep02994

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fu, D., Liu, J., Ren, Q., Ding, J., Ding, H., Chen, X., et al. (2019). Магнитные наночастицы сульфида железа как тромболитические средства для магнитокалорийной терапии и фототермической терапии тромбозов. Фронт. Матер. 6: 316. DOI: 10.3389 / fmats.2019.00316

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ган, Ю., Сюй, Ф., Ло, Дж., Юань, Х., Цзинь, К., Чжан, Л. и др. (2016). Биотемплатный синтез FeS ₂ в одном горшке украшает легированное серой углеродное волокно в качестве анода большой емкости для литий-ионных аккумуляторов. Электрохим. Acta 209, 201–209. DOI: 10.1016 / j.electacta.2016.05.076

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ганбаатар, Н., Мацудзаки, Н., Накадзава, Ю., Африн, Р., Аоно, М., Яно, Т. и др. (2016). Анализ поверхностных сил пирита (FeS ₂ ): его реакционная способность к адсорбции аминокислот. Adv. Матер. Phys. Chem. 6, 167–176. DOI: 10.4236 / ampc.2016.67018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гао, Л., Чжуан, Дж., Ни, Л., Чжан, Дж., Чжан, Ю., Гу, Н. и др. (2007). Внутренняя пероксидазоподобная активность ферромагнитных наночастиц. Внутренняя пероксидазоподобная активность ферромагнитных наночастиц. Nat. Nanotechnol. 2, 577–583. DOI: 10.1038 / nnano.2007.260

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гао, С., Хуан, Ф., Сун, Д., Ли, Г., Лю, К., Фэн, Т. и др. (2015). «Механизм роста и исследование стабильности нанокристаллов Fe ₃ S ₄ , синтезированных в термических и влажных условиях», в Труды 11-го Международного конгресса по прикладной минералогии . DOI: 10.1007 / 978-3-319-13948-7_13

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гуань, Г., Wang, X., Li, B., Zhang, W., Cui, Z., Lu, X., et al. (2018). «Трансформированный» Fe ₃ S ₄ тетрагональных нанолистов: высокоэффективный и очищаемый организмом агент для фототермической и хемодинамической синергетической терапии под контролем магнитно-резонансной томографии. Nanoscale 10, 17902–17911. DOI: 10.1039 / C8NR06507A

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Го С., Ли Дж., Ма З., Чи Ю. и Сюэ Х. (2016). Простой метод получения композита FeS / пористый углерод в качестве усовершенствованного анодного материала для литий-ионных аккумуляторов. J. Mater. Sci. 52, 2345–2355. DOI: 10.1007 / s10853-016-0527-y

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Го З., Сунь Ф., Хань Б., Линь К., Чжоу Л. и Юань В. (2017). Вакансия железа в тетрагональных кристаллах Fe _{1 − x} S и ее влияние на структуру и сверхпроводимость. Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 9000–9006. DOI: 10.1039 / C7CP00068E

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

He, Q., Хуанг, К., и Лю, Дж. (2013). Получение, характеристика и антибактериальная активность магнитного грейгита и наночастиц Fe ₃ S ₄ / Ag. Nanosci. Nanotechnol. Lett. 5, 1–8. DOI: 10.1166 / nnl.2014.1727

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хе Ю., Уилсон Дж., Су К. и Уилкин Р. Т. (2015). Обзор абиотического разложения хлорированных растворителей химически активными минералами железа в водоносных горизонтах. Мониторинг подземных вод и восстановление 35, 57–75.DOI: 10.1111 / gwmr.12111

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джин, А., Ми-Джу, К., Куг-Сын, Л., Ю, С., Сун, Ю. (2019). Веретенообразный Fe ₇ S _{8 Углеродные наногибриды, легированные} / N, для анодов высокоэффективных ионно-натриевых аккумуляторов. Nano Res. 12, 695–700. DOI: 10.1007 / s12274-019-2278-y

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Jin, J., Wu, W., Min, H., Wu, H., Wang, S., Ding, Y., et al. (2017). Электрод из стеклоуглерода, модифицированный нанолистами FeS, в качестве высокочувствительного амперометрического датчика перекиси водорода. Microchim. Acta 184, 1389–1396. DOI: 10.1007 / s00604-017-2105-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзинь, К., Лю, Дж., Чжу, В., Дун, З., Лю, З., и Ченг, Л. (2018). Синтез сверхмалых наноточек FeS ₂ с помощью альбумина для фототермической усиленной фотодинамической терапии под визуализацией. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 10, 332–340. DOI: 10.1021 / acsami.7b16890

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кар, С., и Чаудхури, С. (2004). Сольвотермический синтез нанокристаллического FeS ₂ различной морфологии. Chem. Phys. Lett. 398, 22–26. DOI: 10.1016 / j.cplett.2004.09.028

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кавнер А., Даффи Т. и Шен Г. (2001). Фазовая стабильность и плотность FeS при высоких давлениях и температурах: последствия для внутренней структуры Марса. Планета Земля. Sci. Lett. 185, 25–33. DOI: 10.1016 / S0012-821X (00) 00356-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, Э.Дж., И Бэтчелор, Б. (2009). Синтез и характеристика пирита (FeS2) с использованием микроволнового излучения. Mater. Res. Бык. 44, 1553–1558. DOI: 10.1016 / j.materresbull.2009.02.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Конг, X., Лу, Т., и Ли, Ю. (2005). Fe ₇ S ₈ наностержней и нанолистов. J. Alloys Compd. 390, 236–239. DOI: 10.1016 / j.jallcom.2004.07.054

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кун, С.Дж., Эскильдсен, М. Р., Дебир-Шмитт, Л., Ли, Л., де Ла Крус, К., и Сефат, А. С. (2016). Структура и магнитные взаимодействия в FeS: низкотемпературном сверхпроводнике. Бык. Являюсь. Phys. Soc . 61, 2. Выдержки из мартовского собрания APS (ID абстракции: BAPS.2016.MAR.h21.12).

Google Scholar

Квон К., Рефсон К., Боун С., Цяо Р., Ян В., Лю З. и др. (2011). Магнитное упорядочение в тетрагональном FeS: свидетельство сильных коллективных спиновых флуктуаций. Phys.Ред. B Cond. Мэтт. 83, 064402.1–064402.7. DOI: 10.1103 / PhysRevB.83.064402

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лефевр К., Абреу Ф., Линс У. и Базилински Д. (2010). Немагнитотактические многоклеточные прокариоты из неморской водной среды с низким содержанием соли и их необычное негативное фототактическое поведение. Заявл. Environ. Microbiol. 76, 3220–3227. DOI: 10.1128 / AEM.00408-10

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, М., Яо, К., Чжоу, Г., Цюй, X., Му, К., и Фу, С. (2011). Управляемый синтез монодисперсных микросферолитов пирита с помощью микроволн. Cryst. Англ. Comm. 13, 5936–5942. DOI: 10.1039 / c1ce05478c

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Х., Сюй, Х., Чен, З., Чен, З., и Чен, Г. (2011). Биосинтез наночастиц микроорганизмами и их применение. J. Nanomater. 2011, 1–16. DOI: 10.1155 / 2011/270974

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Ю., Pu, Q., Li, S., Zhang, H., Wang, X., Yao, H., et al. (2019). Методы машинного обучения в исследованиях позволяют прогнозировать биомедицинские эффекты от применения наноматериалов. Patt. Признать. Lett. 117, 111–118. DOI: 10.1016 / j.patrec.2018.11.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ma, J., Chang, L., Lian, J., Huang, Z., Duan, X., Liu, X., et al. (2010). Ионно-модулированный жидкостью синтез ферримагнитных Fe ₃ S ₄ иерархических сверхструктур. Chem. Commun. 46, 5006–5008. DOI: 10.1039 / c0cc00479k

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Манафи А., Хоссейни М., Фахри А., Гупта В. и Агарвал С. (2019). Исследование фотокаталитического процесса нанокомпозитов дисульфид железа-оксид висмута с использованием методологии поверхности отклика: структурные и антибактериальные свойства. J. Mol. Liq. 289: 110950. DOI: 10.1016 / j.molliq.2019.110950

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Манн, С., Спаркс, Н., Франкель, Р., Базилински, Д., и Яннаш, Х. (1990). Биоминерализация ферримагнитного грейгита (Fe ₃ S ₄ ) и железного пирита (FeS ₂ ) в магнитотактической бактерии. Nature 343, 258–261. DOI: 10.1038 / 343258a0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мэй, Б., и Ма, З. (2013). Исследование антифрикционных свойств сферической наночастицы FeS. Заявл. Мех. Матер. 475-476, 1334–1339. DOI: 10.4028 / www.Scientific.net/AMM.475-476.1334

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Menyeh, A., and O’Reilly, W. (1997). Магнитные гистерезисные свойства мелких частиц моноклинного пирротина Fe ₇ S ₈ . J. Geomag. Геоэлектр. 49, 965–976. DOI: 10.5636 / jgg.49.965

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мофокенг Т., Мабена Г., Молото М. Дж., Шумбула П. М., Мубиайи П. и Ньямукамба П. (2017). Влияние температуры на наночастицы сульфида металла, закрытые лактозой. Chalcogenide Lett. 14, 347–355.

Google Scholar

Мохиндар С. и Джагадиш М. (1979). Температурно-зависимая магнитная восприимчивость марказита (FeS_ {2}). Phys. Ред. B 20: 3897. DOI: 10.1103 / PhysRevB.20.3897

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мур, Дж., Ниенхейс, Э., Ахмадзаде, М., и Макклой, Дж. (2019). Синтез частиц грейгита (Fe ₃ S ₄ ) гидротермальным методом. AIP Adv. 9: 035012. DOI: 10.1063 / 1.5079759

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ниньо М., Флорес Э., Санчес К. и Рохо Дж. (2018). Реакционная способность поверхности FeS при комнатной температуре при воздействии азота и H ₂ S. J. Phys. Chem. B 122, 705–712. DOI: 10.1021 / acs.jpcb.7b06309

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Оно, С. (2007). Магнитный фазовый переход FeS при высоких давлениях. Acta Crystallogr.Разд. Найдено. Кристаллогр. 63:59. DOI: 10.1107 / S0108767307098716

CrossRef Полный текст

Паолелла А., Джордж К., Повиа М., Чжан Ю., Кране Р., Гич М. и др. (2011). Перенос заряда и электрохимические свойства нанопластинок коллоидного грейгита (Fe ₃ S ₄ ). Chem. Матер. 23, 3762–3768. DOI: 10,1021 / см201531h

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пауэлл, А.В., Вакейро, П., Найт, К.С., Чапон, Л. К., и Санчес, Р. Д. (2004). Структура и магнетизм синтетического пирротина Fe ₇ S ₈ : порошковое нейтронографическое исследование. Phys. Ред. B 70, 014415. doi: 10.1103 / PhysRevB.70.014415

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ци, В., и Коуэн, Дж. (2011). Структурная, механистическая и координационная химия, имеющая отношение к биосинтезу железо-серы и родственных кофакторов железа. Coord. Chem. Ред. 255, 688–699.DOI: 10.1016 / j.ccr.2010.10.016

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рават М., Наян Р., Неги Б., Заиди М. Г. Х. и Арора С. (2017). Физиобиохимическая основа наночастиц сульфида железа, индуцированных ростом и повышением урожайности семян в b. juncea. Plant Physiol. Biochem. 118, 274–284. DOI: 10.1016 / j.plaphy.2017.06.021

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Робертс А. (1995). Магнитные свойства осадочного грейгита (Fe ₃ S ₄ ). Earth Planetary Sci. Lett. 134, 227–236. DOI: 10.1016 / 0012-821X (95) 00131-U

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сантос Карбаллал, Д., Ролдан, А., Дзаде, Н., и де Леу, Н. Х. (2017). Реакционная способность CO ₂ на поверхностях магнетита (Fe ₃ O ₄ ), грейгита (Fe ₃ S ₄ ) и макинавита (FeS). Philos. Пер. R. Soc. А 376: 65. DOI: 10.1098 / rsta.2017.0065

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Скаини, М., Бэнкрофт, Г., и Книп, С. (1998). Реакции водных сульфидов Au ¹⁺ с пиритом в зависимости от pH и температуры. Am. Минеральная. 83, 316–322. DOI: 10.2138 / AM-1998-3-415

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шунен, М., Кон, К., Ремер, Э., Лафферс, Р., Саймон, С., и О’Риордан, Т. (2006). Минеральное образование активных форм кислорода. Med. Минераол. Геохим. 64, 179–221. DOI: 10.2138 / RMG.2006.64.7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Симеонидис, К., Льебана-Виньяс, С., Видвальд, У., Ма, З., Ли, З.-А., Спасова, М. и др. (2016). Универсальный крупномасштабный и экологически чистый процесс синтеза магнитных наночастиц с настраиваемыми функциями магнитной гипертермии. RSC Adv. 6, 53107–53117. DOI: 10.1039 / C6RA09362K

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Snowball, I. (1991). Магнитные гистерезисные свойства грейгита (Fe ₃ S ₄ ) и новое проявление в голоценовых отложениях шведской лаппландии. Phys. Внутри планеты Земля 68, 32–40. DOI: 10.1016 / 0031-9201 (91)

---

-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шривастава Г., Дас А., Кусуркар Т., Рой М., Айран С., Шарма Р. и др. (2014a). Железный пирит, потенциальный фотоэлектрический материал, увеличивает биомассу растений после предварительной обработки семян. Mater. Экспресс 4, 23–31. DOI: 10.1166 / mex.2014.1139

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шривастава, Г., Дас, К. К., Дас, А., Сингх С., Рой М., Ким Х. и др. (2014b). Обработка семян наночастицами пирита железа (FeS ₂ ) увеличивает производство шпината. RSC Adv. 4, 58495–58504. DOI: 10.1039 / C4RA06861K

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Usher, C., Paul, K., Narayansamy, J., Kubicki, J., Sparks, D., Schoonen, M., et al. (2005). Механистические аспекты окисления пирита в окислительной газовой среде: изотопное исследование in situ HATR – IR. Environ.Sci. Technol. 39, 7576–7584. DOI: 10.1021 / es0506657

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ванита, П., и О’Брайен, П. (2008). Фазовый контроль при синтезе магнитных нанокристаллов сульфида железа из кластера Fe-S кубанового типа. J. Am. Chem. Soc. 130, 17256–17257. DOI: 10.1021 / ja8078187

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wadia, C., Wu, Y., Gul, S., Volkman, S., Guo, J., and Paul Alivisatos, A.(2009). Гидротермальный синтез однофазных нанокристаллов пирита FeS ₂ с помощью ПАВ. Chem. Матер. 21, 2568–2570. DOI: 10,1021 / см3v

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, X., Чжоу, W., Zhou, Z., An, Y., и Wu, S. (2013). Синтез наноструктур сульфида железа с контролируемой формой путем термического разложения металлоорганических прекурсоров. Mater. Sci. Полуконд. Proc. 16, 530–536. DOI: 10.1016 / j.mssp.2012.10.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уотсон, Дж., Кресси, Б., Робертс, А., Эллвуд, Д. К., Чарнок, Дж., И Сопер, А. К. (2000). Структурные и магнитные исследования наночастиц сульфида железа, адсорбирующих тяжелые металлы, производимых сульфатредуцирующими бактериями. J. Magn. Magn. Матер. 214, 13–30. DOI: 10.1016 / S0304-8853 (00) 00025-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уотсон, Дж., Эллвуд, Д., Дэн, К., Михаловский, С., Хейтер, К. Э. и Эванс, Дж. (1995). Адсорбция тяжелых металлов на FeS, продуцируемом бактериями. Minerals Eng. 8, 1097–1108. DOI: 10.1016 / 0892-6875 (95) 00075-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уотсон, Дж., Эллвуд, Д., Сопер, А., и Чарнок, Дж. (1999). Наноразмерные сильномагнитные материалы сульфида железа бактериального происхождения. J. Magnetism Magnetic Mater. 203, 69–72. DOI: 10.1016 / S0304-8853 (99) 00191-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вэй, Х., и Ван, Э. (2013). Наноматериалы с ферментативными характеристиками (нанозимы): искусственные ферменты нового поколения. Chem. Soc. Ред. 42, 6060–6093. DOI: 10.1039 / c3cs35486e

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сяо, С., Ченг, М., Чжун, Х., Лю, З., Лю, Ю., Ян, X. и др. (2020). Железо-опосредованная активация персульфата и пероксимоносульфата как гомогенным, так и гетерогенным образом: обзор. Chem. Англ. J . 384: 123265. DOI: 10.1016 / j.cej.2019.123265

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Се Дж., Чжан Х., Ван, Х., Чжэн, Х., Хуанг, Ю., и Се, Дж. (2012). Аналитические и экологические применения наночастиц в качестве имитаторов ферментов. Trac Trends Analyt. Химия 39, 114–129. DOI: 10.1016 / j.trac.2012.03.021

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xu, Z., Qiu, Z., Liu, Q., Huang, Y., Li, D., Shen, X., et al. (2018). Преобразование сероорганических соединений в неорганические полисульфиды против устойчивых бактериальных инфекций. Nat. Commun. 9: 3713. DOI: 10.1038 / s41467-018-06164-7

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг, К., Ян, Г., Чен, Л., Ченг, Л., Ван, Л., Ге, К. и др. (2015). Нанопластины FeS как многофункциональные нанотераностические средства для фототермической терапии под контролем магнитно-резонансной томографии. Биоматериалы 38, 1–9. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2014.10.052

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ян, В., Сян, К., Сюй, Ю., Чен, С., Цзэн, В., Лю К. и др. (2020). Ограниченный альбумином крупномасштабный синтез очищаемых почками квантовых точек сульфида железа для Т1-взвешенной МРТ и фототераностики опухолей. Биоматериалы 255: 120186. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2020.120186

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Яо, В., Чжу, Х., Ли, В., Яо, Х., Ву, Ю. и Ю, С. (2013). Собственная пероксидазная каталитическая активность нанопроволок Fe ₇ S ₈ , созданных из гибридных нанопроволок [Fe ₁₆ S ₂₀ ] / диэтилентриамина. Chem. Plus Chem. 78, 723–727. DOI: 10.1002 / cplu.201300075

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Йосида, К. (1951). Примечание о магнитных свойствах системы FeS _n . Progr. Теор. Phys. 6, 356–365. DOI: 10.1143 / ptp / 6.3.356

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан Л. и Вебстер Т. (2009). Нанотехнологии и наноматериалы: перспективы улучшения регенерации тканей. Нано сегодня 4, 66–80.DOI: 10.1016 / j.nantod.2008.10.014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан М., Цуй З. и Цзян Х. (2018). Относительная стабильность полиморфов FeS ₂ с приближением случайных фаз. J. Mater. Chem. А 6: 6606. DOI: 10.1039 / C8TA00759D

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжао, К., И, X., Ли, М., Чжун, X., Ши, К., и Ян, К. (2016). Высокое поглощение в ближней инфракрасной области спектра Cu ₅ FeS ₄ наночастиц для двухрежимной визуализации и фототермической терапии. Nanoscale 8, 13368–13376. DOI: 10.1039 / C6NR04444A

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Решетки Bravais

Хотя атомы могут быть расположены по-разному, существует четырнадцать основных типов: известная как Bravais Lattices . Все они представляют собой возможные элементарные ячейки .

Что нужно знать: элементы находятся в определенных фазах при комнатной температуре.

(т) = твердое вещество, (ж) = жидкость, (г) = газ

a, b и c представляют три оси кристалла.Углы α, β и γ представляют собой угол поперек соответствующей оси (α находится напротив a, как на рисунке ниже)

Кубический

все три направления имеют одинаковый период и все ортогональны.
a = b = c, α = β = γ = 90 °
Период (a), связанный с атомным радиусом (r) соотношением a = 2r

Координационный номер: 6

Примеры: полоний (и), кислород (г), фтор (г)

Телоцентрированный куб (BCC):

a = b = c, α = β = γ = 90 °

Период (a), связанный с атомным радиусом (r) соотношением a = 4r / √3

Координационный номер: 8

APF:.68

Примеры: литий (и), Натрий (ы), Калий (ы), Ванадий (ы), Хром (ы), Утюг (а), Рубидий (ы), Ниобий (ы), Молибден (ы), Цезий (л), Барий (ы), Европий (ы), Тантал (ы), Вольфрам (ы), Франций (г), Радий (ы), Марганец (ы)

Лицевая центральная кубическая (FCC):

a = b = c, α = β = γ = 90 °

Период (a), связанный с атомным радиусом (r) соотношением a = 2r√2 = 4r / √2

Координационный номер: 12

APF =.74

Примеры: Неон (г), Алюминий (ы), Кремний (ы), Аргон (г), Кальций, Никель (ы), Медь (и), Германий (ы), Криптон (г), Стронций (ы), Родий, Палладий (ы), Серебро (а), Ксенон (г) Церий (ы), Иттербий (ы), Иридий (ы), Платина (ы), Золото (а), Свинец (и), Радон (г), Актиний (ы), Торий (ы).

Тетрагональный:

a = b ≠ c, α = β = γ = 90 °

Примеры: Индий (ы), Олово (-и)

Орторомбический:

a ≠ b ≠ c, α = β = γ = 90 °

Примеры: хлор (г), Галиум (л), Бром (л), Йод (ы), Уран (ы), Нептуний (синтетически полученный), Сера (ы), Протактиний (ы).

Ромбоэдрический:

a = b = c, α = β = γ ≠ 90 °

Примеры: бор (ы), Сурьма (ы), Самарий (ы), Ртуть (л), Висмут (ы), Мышьяк (ы).

Моноклиника:

a ≠ b ≠ c, α ≠ 90 °, β = γ = 90 °

Примеры: Плутоний (полученный синтетическим путем)

Триклиник:

а ≠ б ≠ в, α ≠ β ≠ γ ≠ 90 °

Шестиугольник:

a = b ≠ c, α = β = 90 °, γ = 120 °

Координационное число и атомный коэффициент упаковки такие же, как FCC.

Гексагональная плотная упаковка Примеры: Водород (г), Гелий (г), Бериллий (ы), Магний (ы), Кобальт (ы), Цинк (ы), Иттрий (ы), Цирконий (ы), Рутений, Кадмий, Теллур (ы), Гадолиний (ы), Тербий (ы), Диспрозий, Гольмий (ы), Эрбий (ы), Тулий (ы), Лютеций, Гафний (ы), Рений, Осмий (ы), Таллий (ы), Скандий (ы), Титан (ы), Фосфор (ы).