Kristallisering beskriver bildandet av ordnade strukturer från de oordnade beståndsdelarna i en vätska. Även om den grundläggande teorin om kristallbildning har undersökts mycket och är allmänt väletablerad, Det finns fortfarande luckor i förståelsen. Forskare från University of Tokyo, Institutet för industrivetenskap, och Tokyo Metropolitan University har rapporterat experimentella fynd som avslöjar koppling mellan fasövergångar som leder till drastisk förbättring av kristallbildningen. Deras resultat publiceras i PNAS .

Inom en vätska – även vätskor som bara består av en komponent – ​​kan det finnas flera distinkta faser med olika egenskaper. Variationer i de experimentella förhållandena kan göra att vätskan byter från en av dessa faser till en annan i en process som kallas flytande-vätska-övergång (LLT). Om dessa övergångar sker strax under kristallens smältpunkt, de kan påverka dess ursprungliga bildning, känd som kärnbildning. Dock, Mekanismen för sådana effekter och den allmänna tillämpbarheten av dessa observationer är fortfarande okänd.

Forskarna rapporterar en betydande koppling av kristallisation och LLT för den molekylära flytande trifenylfosfiten. Genom att glödga - kyla och hålla - vätskan vid temperaturer relaterade till materialets LLT, de kunde avsevärt förbättra kärnbildningshastigheten och frekvensen av den efterföljande kristallisationen.

"Vi kunde separera de kinetiska och termodynamiska faktorerna som bidrar till kristallbildning, " studiens huvudförfattare Rei Kurita förklarar. "LLT:erna som orsakas av glödgning leder till förändringar i den lokala ordningen av molekylerna. På grund av kopplingen vi identifierade mellan kristallisering och LLT, dessa förändringar orsakar liknande i kristallfasen, vilket sänker energin mellan kristall- och vätskefasen vilket gör det lättare för kristaller att bilda kärnor. Vi hoppas att våra resultat kan användas som ett handtag för att styra kristalliseringsbeteende."

Förutom att leda till kontroll och anpassning av kristalliseringseffekter, forskarna tror att deras fynd också kan användas för att undersöka materialegenskaper genom att identifiera LLT i material där deras effekter döljs av kristallisering. Till exempel, tillvägagångssättet skulle kunna användas för att få en djupare förståelse av vatten, kisel, germanium, och metalliska vätskesystem.

"Våra resultat ger användbar insikt för att förstå och kontrollera kristallisering, " studieförfattaren Hajime Tanaka förklarar. "Vi tror att vårt arbete kan ha betydande konsekvenser för både grundläggande studier och industriella tillämpningar; till exempel, för att uppnå proteinkristaller för användning i sjukdomsforskning, eller i nanokristallina material för användning inom teknik."