Kontrol af materialekrystallisation ved omrøring

Overgangen af ​​ustrukturerede amorfe materialer til strukturerede krystallinske materialer induceres generelt ved at opvarme materialer over deres overgangstemperatur. Krystallinske materialer er vigtige i teknologi som enheder, så alternative måder at kontrollere deres dannelse på har tiltrukket sig stor interesse fra materialeforskere. Forskere har fundet ud af, at krystallisation kan lettes ved en lavere temperatur end den traditionelle overgangstemperatur, hvis et amorft materiale omrøres ved en bestemt frekvens. Dermed, omrøring repræsenterer et muligt alternativ til temperatur til styring af krystallisation af materialer.

Et hold ved Osaka University besluttede at afklare forholdet mellem agitation og krystallisering af amorfe faste stoffer. For at hjælpe deres efterforskning, de brugte et kolloidt (lille partikel) system til at modellere atomare materialer, fordi kolloidernes større partikelstørrelse og afslapningstid, sammenlignet med atomernes, lette deres måling.

"Vi forberedte kolloide glas fra silicakugler i opløsning og oscillerede dem derefter ved forskellige frekvenser, "forklarer første forfatter Nobutomo Nakamura." Vi observerede derefter den resulterende struktur ved hjælp af konfokal laserscanning -mikroskopi. "

Gruppen identificerede en specifik frekvens, ved hvilken krystallisering af deres system blev accelereret. De bestemte graden af ​​krystallisation i systemet agiteret ved forskellige frekvenser ved at måle dets lokale bindingsorienterende rækkefølgeparameter. Værdien af ​​denne parameter steg betydeligt, angiver en højere grad af krystallisering, kun når systemet blev omrørt ved en frekvens på omkring 75 Hz.

"Vores resultater viste, at der er en specifik vibrationstilstand, der letter krystallisation af kolloidet, " siger Nakamura.

Forskerne bekræftede derefter, at hyppigheden, hvormed krystalliseringen sker, ændrede sig afhængigt af interaktionen mellem partikler i systemet. De tilføjede en polymer til systemet for at ændre interaktionskraften mellem partikler, hvilket fik krystallisationsfrekvensen til at stige. Holdet var i stand til at forklare deres resultater ved at relatere krystallisationsfrekvensen til tidsskalaen for partiklernes vibrationsbevægelse. De foreslog, at omrøring af systemet ved en frekvens, der matchede bevægelsen af ​​partikler, der danner krystallinsk struktur, hjalp deres kollektive bevægelse og dermed accelererede krystallisation.

Disse resultater afslører, at det kan være muligt at kontrollere krystallisationen af ​​amorfe systemer ved omrøring ved en specifik frekvens i stedet for opvarmning over deres overgangstemperatur. Dette kan tillade dannelsen af ​​krystallinske materialer ved en lavere temperatur, hvilket vil være nyttigt ved fremstilling af enheder.