Forskere afslører dynamisk sølvkrystallisering ved in-situ SEM

Forskellige strukturerede materialer har forskellige egenskaber og anvendelser. Afsløring af dannelsesmekanismen for materialestrukturer kan hjælpe med at udvikle ruter for den rationelle syntese. Imidlertid, hvordan materialestrukturerne vokser, og hvordan man manipulerer deres vækst, er stadig uklart.

Et forskerhold ledet af prof. Han Yongsheng fra Institute of Process Engineering (IPE) fra det kinesiske videnskabsakademi brugte et in-situ scanningselektronmikroskop til at afsløre sølv dynamisk krystallisation.

Deres studie, udgivet i Forskning , viste dannelsen af ​​materialer og opdagede de "hemmelige hænder", der satte hvert atom i sin position.

Inspireret af begrebet mesovidenskab, forskere iværksatte en forskningslinje for at kontrollere dannelsen af ​​materialestrukturer via kemikaliediffusion og reaktion.

Ved forskellige diffusions- og reaktionsbetingelser, den kemiske fordeling omkring vækstfronten af ​​krystaller er anderledes, hvilket resulterer i en kinetikdomineret anisotropisk vækst af strukturer, danner forskellige komplekse materialestrukturer.

Selvom den generelle rolle for grænsefladekemisk koncentration blev bekræftet, hvordan den stadigt skiftende kemiske fordeling påvirker væksten af ​​materialestrukturen såvel som produkternes endelige form, er for det meste baseret på spekulation, hvilket begrænser vores forståelse af design og rationel syntese af materialestrukturer.

I dette studie, en flydende celle indespærrede et lag af opløsningen af ​​sølvnitrat mellem to membraner, som var hermetisk forseglet for mikroskopets høje vakuum.

Elektronstrålen kommer ind i cellen gennem en elektrontransparent siliciumnitridfilm, muliggør en billeddannelse i realtid af sølvkrystallisation i væsken. Når elektronstrålen bestrålede den flydende opløsning, forskellige forbigående produkter, herunder hydrerede elektroner og hydroxylradikaler, blev genereret.

Forskerne beregnede radikalfordelingen i væskecellen under bestrålingen, og fandt, at de reduktive hydratelektroner og de oxidative hydroxylradikaler fluktuerede i cellen.

"Denne udsving fører til en reversibelt dynamisk krystallisering af sølv, som tilskrives den alternerende dominans af reduktions- og oxidationsreaktionerne i cellen, " sagde prof. Han.

Desuden, en regulering af elektrondosishastigheden ændrede radikalernes koncentration, fører til dannelsen af ​​forskellige strukturer af sølvkrystaller, som bekræftede den dominerende rolle af kemisk koncentration i den strukturelle udvikling af materialer.

Denne undersøgelse viste, at en kontrol af kemisk koncentration i vækstfronten af ​​krystaller kan føre til rationel syntese af materialestrukturer.