Atominio masto vaizdavimas atskleidžia lengvą kristalų susidarymo būdą


Atominio masto vaizdavimas atskleidžia lengvą kristalų susidarymo būdą

Aliuminio hidroksidas, čia pavaizduotas oranžine spalva, svyruoja tarp struktūrų prieš suformuodamas tvarkingą kristalą. Kreditas: Nathan Johnson | Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinė laboratorija

Ką bendro turi debesys, televizoriai, vaistai ir net purvas po mūsų kojomis? Visi jie turi arba tam tikru būdu naudoja kristalus. Kristalai yra daugiau nei tik puošnūs brangakmeniai. Debesys susidaro, kai vandens garai atmosferoje kondensuojasi į ledo kristalus. Skystųjų kristalų ekranai naudojami įvairiose elektronikos srityse – nuo ​​televizorių iki prietaisų skydelių. Kristalizacija yra svarbus vaistų atradimo ir gryninimo žingsnis. Kristalai taip pat sudaro uolienas ir kitus mineralus. Jų esminis vaidmuo aplinkai yra medžiagų mokslo ir sveikatos mokslų tyrimų dėmesys.

Mokslininkai dar turi visiškai suprasti, kaip vyksta kristalizacija, tačiau paviršių svarba skatinant procesą buvo pripažinta jau seniai. Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinės laboratorijos (PNNL), Vašingtono universiteto (UW) ir Durhamo universiteto tyrimai atskleidžia naują šviesą, kaip kristalai susidaro ant paviršių. Jų rezultatai buvo paskelbti m Mokslo pažanga.

Ankstesni kristalizacijos tyrimai paskatino mokslininkus suformuoti klasikinę branduolių susidarymo teoriją – vyraujantį paaiškinimą, kodėl kristalai pradeda formuotis arba formuojasi branduoliai. Kai kristalai formuojasi branduoliais, jie prasideda kaip labai mažos efemeriškos, vos kelių atomų grupės. Jų mažas dydis todėl grupes labai sunku aptikti. Mokslininkams pavyko surinkti tik keletą tokių procesų vaizdų.

„Naujos technologijos leidžia vizualizuoti kristalizacijos procesą kaip niekada anksčiau“, – sakė PNNL fizinių mokslų skyriaus chemikas Benas Leggas. Jis bendradarbiavo su PNNL Battelle Fellow ir UW filialo profesoriumi Jamesu De Yoreo, kad tai padarytų. Padedami profesoriaus Kislono Voitchovskio iš Durhamo universiteto Anglijoje, jie panaudojo techniką, vadinamą atominės jėgos mikroskopija stebėti aliuminio hidroksido mineralo branduolio susidarymą ant žėručio paviršiaus vandenyje.

Žėrutis yra įprastas mineralas, randamas visur – nuo ​​gipso kartono iki kosmetikos. Jis dažnai suteikia paviršių kitiems mineralams formuotis ir augti. Tačiau šio tyrimo svarbiausias bruožas buvo jo išskirtinis bruožas Plokščias paviršiuskuri leido tyrėjams aptikti kelių atomų grupes, kai jos susidarė ant žėručio.

Leggas ir De Yoreo pastebėjo kristalizacijos modelį, kurio nesitikėjo klasikinė teorija. Vietoj reto įvykio, kai atomų spiečius pasiekia kritinį dydį, o paskui išauga per paviršių, jie pamatė tūkstančius svyruojančių grupių, kurios susijungė į netikėtą modelį su tarpais, kurie išliko tarp kristalinių „salų“.

Kruopščiai išanalizavę rezultatus, mokslininkai padarė išvadą, kad nors tam tikri dabartinės teorijos aspektai pasitvirtino, galiausiai jų sistema ėjo neklasikiniu keliu. Jie tai priskiria elektrostatinėms jėgoms, atsirandančioms dėl žėručio krūvių paviršius. Kadangi daugelio rūšių medžiagos sudaro įkrautus paviršius vandenyje, mokslininkai iškėlė hipotezę, kad jie pastebėjo plačiai paplitusį reiškinį ir nori ieškoti kitų sistemų, kuriose galėtų vykti šis neklasikinis procesas.

„Klasikinės branduolio teorijos prielaidos turi platų poveikį disciplinoms, pradedant nuo medžiagų mokslas klimato prognozėms, – sakė De Yoreo. – Mūsų eksperimentų rezultatai gali padėti sukurti tikslesnius tokių sistemų modeliavimus.


Užsakymas: naujas tyrimas atskleidžia skysčių struktūros sutvarkymo svarbą kristalizacijoje


Daugiau informacijos:
Benjamin A. Legg ir kt., Hidroksido plėvelės ant žėručio sudaro krūvio stabilizuotas mikrofazes, kurios apeina branduolio susidarymo barjerus, Mokslo pažanga (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abn7087

Citata: Atominio masto vaizdavimas atskleidžia lengvą kristalų formavimosi kelią (2022 m., rugsėjo 23 d.), gautą 2022 m. rugsėjo 23 d. iš https://phys.org/news/2022-09-atomic-scale-imaging-reveals-facile-route.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.