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Self-Organized Morphology in Nanostructured Materials, 2008
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Contents 1 Organic Crystalline Nanofibers 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Growth of Ultrathin Films: Molecular Orientation Control . . . . . . . . . 2 1.3 Needle Films on Dedicated Templates: Mutual Orientation and Morphology Control of Nanoaggregates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3.1 Plain Mica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3.2 Au-Modified Mica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.3.3Water-Treated Mica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4 Selected Applications in Nano- and Microoptics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.5 Summary and Outlook: Future Devices From Organic Nanofibers . . . 14 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2 Titanium-Based Molecular Architectures Formed by Self-Assembled Reactions 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.1.1 Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.2 Formation of Molecular Architectures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.3 Molecular Architectures Accompanied by Radical Induced C–C Coupling Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.4 Molecular Architectures Based on C–C Coupling Reactions Initiated by C–H Bond Activation Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.5 Conclusion and Future Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3 Self-Assemblies of Organic and Inorganic Materials 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2 Structure of Colloidal Self-Assemblies Made of Surfactants and Used as Templates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.3 Production of Nanocrystals by Using Colloidal Solutions as Templates and Their Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.4 Self-Organization of Nanocrystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.5 Colloidal Nanolithography by Using Nanocrystals Organized in a Given Structure as Masks [83]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4 Self-Assembled Nanoparticle Rings 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2 Experimental Formation of Nanoparticle Rings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.2.1 Spreading of Polymer Solution on Water Surface . . . . . . . . . . . . . 68 4.2.2 HDA Pancake Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.2.3 CoPt3 Nanoparticle Rings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.3 Model for the Formation of HDA Pancakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.3.1 Phase Separation of Binary Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.3.2 Rupture of Thin HDA Film into Micrometer-Size Pancakes . . . 78 4.4 Formation of a Nanoparticle Ring at the Edge of an HDA Pancake. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.4.1 Pinning of an HDA Micrometer-Size Pancake. . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.4.2 Forces Acting on the Nanoparticle Located in the Interior of Pancake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.4.3 Forces Acting on the Nanoparticle Located at the Edge of Pancake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.5 Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5 Patterns of Nanodroplets: The Belousov–Zhabotinsky- Aerosol OT-Microemulsion System 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2 The BZ-AOT System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.2.1 The BZ Reaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.2.2 AOT Microemulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.2.3 The BZ-AOT System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.3 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.3.1 Experimental Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.3.2 Turing Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.3.3 Patterns Associated with a Fast-Diffusing Activator . . . . . . . . . . 97 5.3.4 Complex Patterns – Dashes and Segments . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 5.3.5 Localized Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 5.4 Theoretical Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.5 Constructing a Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 5.5.1 Linear Stability Analysis and Types of Bifurcations . . . . . . . . . . 106 5.5.2 Results of Numerical Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 5.6 Conclusion and Future Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 6 Honeycomb Carbon Networks: Preparation, Structure, and Transport 6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6.2 Experimental Formation of Polymer Honeycomb Structures . . . . . . . . 118 6.2.1 Spreading of One Liquid on Another . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 6.2.2 Production of Polymer Networks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 6.2.3 Structural Forms of Nitrocellulose Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 6.2.4 Structural Forms of Poly(p-phenylenevinylene) and Poly (3-octylthiophene) Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 6.3 Model for the Formation of Honeycomb Structures in Polymer Films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 6.3.1Water Droplet on the Fluid Polymer Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 6.4 Nitrocellulose Networks as Precursor for Carbon Networks . . . . . . . . . 132 6.4.1 Temperature Dependence of Hopping Transport in Carbon Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 6.4.2 Electrical Field Dependence of Hopping Transport in Carbon Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 6.5 Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 7 Chemical Waves in Living Cells 7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 7.2 Waves of Metabolic Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 7.3 Calcium Signaling Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 7.4 Conclusions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169 |
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