Olika strukturerade material har olika egenskaper och användningsområden. Att avslöja formningsmekanismen för materialstrukturer kan hjälpa till att utveckla vägar för den rationella syntesen. Dock, hur materialstrukturerna växer och hur man manipulerar deras tillväxt är fortfarande oklart.

En forskargrupp ledd av Prof. Han Yongsheng från Institute of Process Engineering (IPE) vid den kinesiska vetenskapsakademin använde ett in-situ svepelektronmikroskop för att avslöja silver dynamisk kristallisation.

Deras studie, publiceras i Forskning , visade bildningen av material och upptäckte de "hemliga händerna" som satte varje atom i sin position.

Inspirerad av begreppet mesovetenskap, forskare initierade en forskningslinje för att kontrollera bildandet av materialstrukturer via kemikaliediffusion och reaktion.

Vid olika diffusions- och reaktionsförhållanden, den kemiska fördelningen runt tillväxtfronten av kristaller är annorlunda, vilket resulterar i en kinetikdominerad anisotrop tillväxt av strukturer, bildar olika komplexa materialstrukturer.

Även om den allmänna rollen för gränssnittskemikaliekoncentrationen bekräftades, hur den ständigt föränderliga kemiska distributionen påverkar tillväxten av materialstrukturen såväl som produkternas slutliga form baseras till största delen på spekulationerna, vilket begränsar vår förståelse för design och rationell syntes av materialstrukturer.

I den här studien, en flytande cell begränsade ett lager av lösningen av silvernitrat mellan två membran, som var hermetiskt förseglad för mikroskopets höga vakuum.

Elektronstrålen kommer in i cellen genom en elektrontransparent kiselnitridfilm, möjliggör en realtidsavbildning av silverkristallisation i vätskan. När elektronstrålen bestrålade den flytande lösningen, olika övergående produkter inklusive hydratiserade elektroner och hydroxylradikaler, genererades.

Forskarna beräknade radikalfördelningen i vätskecellen under bestrålningen, och fann att de reduktiva hydratelektronerna och de oxidativa hydroxylradikalerna fluktuerade i cellen.

"Denna fluktuation leder till en reversibelt dynamisk kristallisering av silver, som tillskrivs den alternerande dominansen av reduktions- och oxidationsreaktionerna i cellen, "sade prof. Han.

Vidare, en reglering av elektrondoshastigheten ändrade radikalkoncentrationen, leder till bildandet av olika strukturer av silverkristaller, som bekräftade den dominerande rollen av kemisk koncentration i den strukturella utvecklingen av material.

Denna studie visade att en kontroll av kemisk koncentration i tillväxtfronten av kristaller kan leda till rationell syntes av materialstrukturer.