Vand spiller en uventet rolle i dannelsen af ​​mineraler

Store krystaller, der vokser i vand, dannes ofte af bittesmå nanokrystaller, der konstant binder sammen. Under tilknytning, disse små partikler klikker til overfladen, som LEGO klodser. En smule drejningsmoment er nødvendig for at rotere partiklerne på plads til fastgørelse. Ved at måle og beregne de kræfter, der giver dette drejningsmoment, forskere fandt, at vand har en mere betydningsfuld rolle end hidtil antaget. Vandskabeloner på partikeloverflader, organisering i strukturer, der når ud til indkommende partikler, fortæller dem, hvordan de optimalt tilpasser sig til tilknytning, at samle til større krystaller. Når disse orienterede partikler bringes tættere på, de mellemliggende vandstrukturer adskilles, så partiklerne kan koble sig sammen.

Hvorfor studere partikelbinding? At forstå det muliggør mere præcise forudsigelser af, hvornår mineraler vil dannes, og hvornår de ikke vil dannes. Denne viden hjælper geoforskere med energiressourceudvinding og affaldsbortskaffelse. Det er også afgørende i designet af nanomønstrede materialer. Materialerne bruges i elektroniske enheder, katalysatorbærere, og energilagring. I disse områder, vandbaserede fremstillingsprocesser kan gavne. De bliver mere effektive og bæredygtige end traditionelle.

At vide, hvordan mineraler dannes, er afgørende for udvinding af underjordisk energi og affaldsopbevaring, skabe skræddersyede katalysatorer, og mere. Mineraler kan dannes via partikelbinding, som involverer opsamling af partikler gentagne gange, indtil store krystaller kommer frem, men forskere er stadig ved at finde ud af, hvornår og hvordan dette sker. Under hvert trin, en partikel i nanostørrelse klikker til overfladen. Efterhånden som partiklerne fæstner, de driver vand ud mellem deres overflader. De kræfter, der var involveret i denne proces, var ikke endeligt fastlagt. Holdet målte og beregnede de kræfter, der giver drejningsmomentet til justering, arbejder på den nære atomare skala. I et zinkoxidsystem, de fandt ud af, at vand organiserer sig på partikeloverfladerne. Vandet overfører strukturelle data om den underliggende overflade til indkommende partikler. Hvis indkommende partikler er stærkt forkert justeret, vand fungerer som en barriere mod forkert fastgørelse, begrænse væksten af ​​defekte krystaller. At forstå vands mange roller i mineraldannelse giver fordele inden for geovidenskab og design af vandbaserede materialer.