令人陶醉的视频揭示了单个Atom形成SALT晶体的过程

晶体的形成是您可能想到的最常见的过程之一。 例如,每次将水冷冻到冰块中时,您都在创建晶体结构。 您甚至可以做一个有趣的实验来生长SALT晶体-仅添加食SALT和水即可。

但是在Atom水平上,我们对晶体的形成方式(尤其是成核)了解不多,这是结晶过程的第一步。 这部分是因为它是一个动态的过程,发生在如此小的规模上,部分是因为它是随机的,两者都使学习变得困难。

这就是由日本东京大学化学家中室隆之郎领导的一组研究人员的工作如此令人兴奋的原因。 自2005年以来,他们使用一种特殊的显影技术,首次在Atom级上拍摄了SALT的结晶。

研究人员说,由于结晶被用于从医学到工业制造的广泛应用,这是朝更好地控制我们制造材料的方向迈出的一步。

该技术称为单分子Atom分辨率实时电子显微镜或SMART-EM,用于研究分子和分子聚集体。 通过将其与新开发的样品制备方法相结合,团队捕获了SALT晶体的形成。

SALT晶体(东京大学)

Nakamuro说:“我们硕士研究生之一,Masaya Sakakibara,使用SMART-EM研究了氯化钠(NaCl)SALT的行为。”

“为了将样品固定在适当的位置,我们使用了Atom较厚的碳Nano角,这是我们先前的发明之一。在拍摄了Sakakibara令人惊叹的录像后,我们立即注意到有机会以前所未有的详细方式研究晶体成核的结构和统计方面。”

该团队以每秒25帧的速度记录了从氯化钠溶液中蒸发的水。 由振动的碳Nano角抑制分子扩散的形状引起的流动性混乱,随着数十个SALT分子出现并排列成立方体状晶体,出现了有序。

研究人员说,以前从未观察到或表征过这些预结晶聚集体。

研究人员观察了9次该过程,并且9次将分子排列成簇,在无特征和半有序状态之间波动,然后突然形成晶体:四个Atom宽乘六个Atom长。 团队指出,这些状态与实际晶体有很大不同。

他们还注意到晶体形成,生长和收缩的频率的统计模式。 他们发现,在9个成核过程中的每一个过程中,成核过程的时间大致遵循正态分布,平均时间为5.07秒。 从理论上讲,但这是第一次通过实验验证。

总的来说,他们的结果表明分子组装的大小及其结构动力学都在成核过程中起作用。 理解这一点,可以通过控制成核过程的空间来精确地控制成核过程。 他们甚至可以控制晶体的大小和形状。

研究的下一步将是尝试研究更复杂的结晶,并具有更广泛的实际应用。

东京大学化学家中村荣一(Eiichi Nakamura)说:“SALT只是我们探究成核事件基本原理的第一种典型物质。”

“SALT只能以一种方式结晶。但是其他分子(例如碳)可以以多种方式结晶,从而生成石墨或钻石。这被称为多态性,而且没人见过导致其成核的早期阶段。我希望我们的研究为了解多态性机理提供了第一步。”

该研究已发表在《美国化学学会杂志》上。

资讯来源:由0x资讯编译自SCIENCEALERT。版权归作者Michelle Starr所有,未经许可,不得转载
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