Физика

Ученые описали кристаллизацию в капле

Gilda da Cunha Santos/Twitter

Команда исследователей из Китая и Японии описала кристаллизацию в ограниченном пространстве на примере капель коллоидного раствора. Результаты объясняют механизмы формирования кристаллов в замкнутых системах и могут позволить получать кристаллы с заданной структурой. Работа опубликована в журнале Nature Physics.

Кристаллизация — сборка атомов или молекул в высокоупорядоченные твердые структуры. Иногда этот процесс происходит в ограниченном пространстве, например при формировании белковой оболочки вируса. Чтобы контролировать структуру кристалла и придавать ему желаемые свойства, необходимо хорошо понимать сам процесс кристаллизации.

Исследовательская группа из Шанхайского университета транспорта, Токийского и Фуданьского университетов использовали каплю коллоидного раствора в качестве модели кристаллизации в ограниченном пространстве. В отличие от одиночных атомов или молекул, которые слишком малы, чтобы их можно было легко наблюдать, коллоидные частицы можно легко рассмотреть с помощью микроскопа. Таким образом ученые смогли отследить, как отдельные частицы формируют кристалл при различных условиях в реальном времени.

Исследователи предположили, что процесс кристаллизации включает три этапа. Сначала на поверхности капли быстро образуется пленка, состоящая из одного слоя упорядоченных коллоидных частиц. Затем кристаллизация происходит в ядре капли, вдали от кристаллизованной поверхности. Конкуренция между процессами в этих областях задает структуру конечного кристалла.

«Это исследование расширяет наше понимание процесса кристаллизации в пространственно ограниченных системах, делая нас на шаг ближе к достижению контролируемого роста кристаллов в очень малых масштабах», — рассказал один из авторов работы, сотрудник Токийского университета Хадзимэ Танака.

Исследователи обнаружили, что дальние взаимодействия между отрицательно заряженными частицами влияют на их организацию. В этих процессах преобладает формирование структур, которые образуются быстрее всего, а не тех, для которых характерна наименьшая энергия. Таким образом, кинетика играет важную роль при кристаллизации в ограниченном пространстве. Результаты работы позволят получать кристаллы с заданной структурой, например наночастицы для конкретных приложений электроники, что даст исследователям больше возможностей контролировать свойства ценных материалов.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.