Væske-væske-overgange krystalliserer nye ideer til molekylære væsker

Krystallisation beskriver dannelsen af ​​ordnede strukturer fra de uordnede bestanddele af en væske. Selvom den grundlæggende teori om krystaldannelse er blevet bredt undersøgt og generelt er veletableret, Der er stadig huller i forståelsen. Forskere fra University of Tokyo, Institut for Industrividenskab, og Tokyo Metropolitan University har rapporteret eksperimentelle resultater, der afslører kobling mellem faseovergange, der fører til drastisk forbedring af krystaldannelsen. Deres resultater er offentliggjort i PNAS .

Inden for en væske - selv væsker, der kun består af én komponent - kan der være flere forskellige faser med forskellige egenskaber. Variationer i de eksperimentelle betingelser kan få væsken til at skifte fra en af ​​disse faser til en anden i en proces kaldet væske-væske-overgang (LLT). Hvis disse overgange sker lige under krystallens smeltepunkt, de kan påvirke dens oprindelige dannelse, kendt som nukleation. Imidlertid, mekanismen for sådanne virkninger og den generelle anvendelighed af disse observationer er stadig ukendt.

Forskerne rapporterer om en betydelig kobling af krystallisering og LLT for den molekylære flydende triphenylphosphit. Ved at udgløde - afkøling og holde - væsken ved temperaturer relateret til materialets LLT, de var i stand til at øge nukleationshastigheden og frekvensen af ​​den efterfølgende krystallisation betydeligt.

"Vi var i stand til at adskille de kinetiske og termodynamiske faktorer, der bidrager til krystaldannelse, " Studielederforfatter Rei Kurita forklarer. "LLT'erne forårsaget af annealing fører til ændringer i den lokale rækkefølge af molekylerne. På grund af forbindelsen, vi identificerede mellem krystallisation og LLT'er, disse ændringer forårsager lignende ændringer i krystalfasen, som sænker energien mellem krystal- og flydende faser, hvilket gør det lettere for krystaller at nukleere. Vi håber, at vores resultater kan bruges som et håndtag til at styre krystalliseringsadfærd."

Udover at føre til kontrol og skræddersyet krystalliseringseffekter, forskerne mener, at deres resultater også kan bruges til at undersøge materialeegenskaber ved at identificere LLT'er i materialer, hvor deres virkninger er sløret af krystallisation. For eksempel, metoden kunne bruges til at få en dybere forståelse af vand, silicium, germanium, og metalliske væskesystemer.

"Vores fund giver nyttig indsigt til forståelse og kontrol af krystallisering, "forklarer studieforfatter Hajime Tanaka." Vi mener, at vores arbejde kan have betydelige konsekvenser for både grundlæggende undersøgelser og industrielle anvendelser; for eksempel, i at opnå proteinkrystaller til brug i sygdomsforskning, eller i nanokrystallinske materialer til brug i teknologi."