At have en bold:Krystallisering i en kugle

Krystallisering er samling af atomer eller molekyler i stærkt ordnede faste krystaller, der forekommer i naturlige, biologisk, og kunstige systemer. Imidlertid, krystallisering i lukkede rum, såsom dannelsen af ​​et viruss proteinskal, er dårligt forstået. Forskere forsøger at kontrollere strukturen af ​​den endelige krystal dannet i et begrænset rum for at opnå krystaller med ønskede egenskaber, som kræver indgående kendskab til krystalliseringsprocessen.

En forskergruppe ved Institute of Industrial Science, University of Tokyo og Fudan University, ledet af Hajime Tanaka og Peng Tan, brugte en dråbe af et kolloid - en spredning af flydende partikler i en anden væske, som mælk - som en model for enkeltatomer eller molekyler i en kugle. I modsætning til enkeltatomer eller molekyler, som er for små til let at observere, kolloidpartiklerne var store nok til at visualisere ved hjælp af et mikroskop. Dette gjorde det muligt for forskerne at spore rækkefølgen af ​​enkeltpartikler i realtid under krystallisation.

"Vi visualiserede organisationsprocessen for kolloidpartikler i mange dråber under forskellige betingelser for at give et billede af krystalliseringsprocessen i en kugle, «siger Tan.

Baseret på deres observationer, teamet foreslog, at krystalliseringsprocessen involverede tre faser:indledende ordning på dråbens overflade "hud", nukleation og vækst i dråberets kerne, og derefter langsom modning af hele strukturen. Først, en hud bestående af et enkelt lag af ordnede kolloidpartikler hurtigt dannet på dråbeoverfladen. Næste, krystallisation fandt sted i kernen af ​​dråben, langt fra den krystalliserede hud. Konkurrencen mellem krystallisation i disse to regioner kontrollerede strukturen af ​​den sidste krystal.

Forskerne fandt ud af, at de "bløde" (langtrækkende) interaktioner mellem de negativt ladede kolloidpartikler påvirkede deres organisation og den resulterende krystalstruktur. Disse bløde interaktioner domineres af kinetik, det er, de interaktioner, der danner den hurtigste, snarere end dem, der bruger mindst energi til at give den termodynamisk stabile struktur, illustrerer, at kinetik spiller en vigtig rolle i krystallisation i et begrænset rum. Det var allerede kendt, at termodynamik bidrager stærkt til den endelige struktur af krystaller. Teamets resultater bekræftede, at kinetik også er integreret, fremme vores viden om krystallisering i trange rum.

"Denne forskning uddyber vores forståelse af krystalliseringsprocessen i geometrisk begrænsede systemer, førende forskere et skridt tættere på at opnå kontrolleret vækst af krystaller i meget lille skala, "forklarer Tanaka.

Detaljeret viden om krystaldannelsesprocessen i lukkede systemer kan muliggøre krystaller med designede strukturer, såsom nanopartikler til specifikke elektronikapplikationer, der skal opnås, giver forskere større mulighed for at kontrollere strukturen og dermed egenskaberne af værdifulde materialer.

Artiklen "Morfologi -selektionskinetik for krystallisering i en sfære" er offentliggjort i Naturfysik .