科学家揭示纳米晶体球形组装体的形成机制

richlovec 1500_400 (1)
 

从食盐到雪花,晶体在日常生活中并不罕见,常见形态包括立方体或六角形。阿姆斯特丹大学物理研究所(范德瓦尔斯·泽曼研究所)Noushine Shahidzadeh团队最新研究显示,一类看似“球形”的晶体组装体可在特定条件下形成,其结构被称为球晶体。

研究团队在发表于《Communications Chemistry》的论文中报告称,自然界中整齐有序的(半)球形或“煎饼状”结构,能够从最初完全无序的盐溶液中出现。研究人员同时指出,这类结构未来可被用于先进材料的制备。

在实验中,研究人员以食盐等可溶性材料为例说明结晶过程:盐溶于水后分解为离子,随着水分蒸发,离子在结晶过程中重新排列并形成有序晶体。研究团队强调,结晶不仅是雪花或糖块形成的基础过程,也广泛应用于药物纯化以及高性能硅晶片等制造环节。

研究的关键发现是,当溶液中存在不同离子的混合物时,体系并不一定生成单一、完整的晶体,而可能自组织形成球晶体。该结构在显微镜下呈现类似微小海胆或珊瑚头的球形外观。研究人员进一步指出,在高粘度的混合硫酸盐溶液中,离子组成的细微变化,尤其是二价离子的存在,会驱动钠硫酸盐纳米晶体在室温下形成有序的球晶体形态。

论文第一作者、现任AMOLF博士生Tess Heeremans回顾称,团队最初是在其硕士实习期间偶然观察到球晶体的形成过程,并在显微镜下看到这些结构从盐水混合物中逐步演变。

研究还表明,溶液组成、粘度以及蒸发速率等条件的微小差异,会影响晶体最终生长为开放的尖刺形态、致密球体,或更规则的晶格结构。研究人员表示,这一结果不仅有助于解释部分曾被误认为生物遗骸的化石状矿物纹理,也为设计具有复杂内部结构与更大比表面积的材料提供了思路。

Heeremans表示,球晶体的形态会反映其形成环境。研究团队认为,通过识别并控制关键生长条件,可引导晶体盐形成高表面积体积比的结构,从而显著改变材料性能。


分享:


发表评论

登录后才可评论。 去登录