Fig. la, Traditionell orienterad fastsättning (OA) av nanopartiklar för att bilda en enda kristall. Fig. Ib, Med hjälp av ytaktiva ämnen (röda våglinjer) kan en enkristall också bildas via traditionell OA. Fig. 1c, Den kemiska reaktionsstyrda OA-processen (CROA). Kredit:LIU Yongfei och YANG Yong
Kinesiska vetenskapsmän har avslöjat att ett nytt ämne kan bildas under den orienterade fästprocessen (OA) för kristalltillväxt, som kan kasta nytt ljus över den mikroskopiska mekanismen för kristalltillväxt.
Forskningen gjordes av forskare från Institute of Solid State Physics (ISSP) under Hefei Institutes of Physical Science, kinesiska vetenskapsakademin och andra samarbetsinstitutioner. Den publicerades i Materia den 29 maj.
Kristallisation, en mycket välbekant fysisk process, förekommer både naturligt och artificiellt. De resulterande produkterna - kristaller - spelar en viktig roll i modern vetenskap och teknik. Till exempel, enkla kiselkristaller spelar en central roll i halvledarindustrin; olinjära optiska kristaller, t.ex. p-BaB 2 O 4 (BBO) - är oumbärliga i modern laserteknik och experiment på kvantoptik; och högkvalitativa enkristallina prover är vanligtvis en förutsättning för experimentella mätningar och studier av nya kvanteffekter. Därför, forskning om kristalltillväxt är alltid i rampljuset.
Oriented attachment (OA) är ett begrepp som inte kan ignoreras när det gäller kristalltillväxt (se Bakgrundsinformation). OA anses allmänt vara en fysisk process där nanokristaller riktas in i vissa riktningar för att bilda större enkristaller genom gränssnittsfusion (fig. 1a och 1b). På grund av denna process, de resulterande kristallerna har både bestånds- och fasstrukturer identiska med prekursornanopartiklarna.
(A) Enkelkristaller odlade av OA; (B) Mikrostrukturer av kristallerna, som visar den orienterade inriktningen av nanopartiklarna. Kredit:YANG Yong
Men är det möjligt för ett nytt ämne att bildas genom OA-processen?
För att svara på denna fråga, Kinesiska forskare genomförde en serie experiment och deras resultat gav ett positivt svar.
Genom att lägga till NaHCO 3 till Y 2 (CO 3 ) 3 ·2H 2 O nanopartikelsuspensioner i en vattenhaltig miljö, forskarna fick enkristallina ark identifierade som NaY(CO 3 ) 2 ·6H 2 O. En liknande produkt ((NH 4 )Y(CO 3 ) 2 ·H 2 O) erhölls genom tillsats av (NH 4 )HCO 3 till avstängningen.
Produkternas morfologi och atomära strukturer karakteriserades genom att använda state-of-the-art experimentella metoder. I kombination med teoretiska beräkningar, forskarna gav övertygande bevis för att mekanismen som styr syntesprocessen är en ny typ av OA (Fig. 1c). Forskarna har döpt mekanismen till "Chemical Reaction-directed Oriented Attachment" (CROA).
"Vi tror att upptäckten av CROA kommer att bana ett nytt sätt för syntesen av nya funktionella material, och fördjupa förståelsen av mekanismen för naturlig mineralbildning, sa Qin Xiaoying, motsvarande författare till verket från ISSP.
