Att växa kristaller blev bara lite lättare tack vare arbete från ett internationellt team från Virginia Tech, Harvard Universitet, och AMOLF, drivs av Foundation for Fundamental Research on Matter Institute AMOLF) i Nederländerna.

I teamet ingick Ling Li, biträdande professor i maskinteknik vid tekniska högskolan.

Gruppens arbete dök nyligen upp i tidningen Förfaranden från National Academy of Sciences ( PNAS ) med Li som första författare. Forskning om kontrollerad kärnbildning och tillväxt av kristaller kommer att ge insikter för förståelse, härma, och i slutändan utvidga naturens mineraliseringsstrategier för att utveckla funktionella mikroskopiska strukturer.

Tillväxten av kristaller har varit en viktig del av att försöka efterlikna biologisk mineralbildning som biomineraliserade strukturer i naturen, såsom snäckskal och ben, som är mycket mer hållbara och avancerade än de som skapats syntetiskt idag. Med hjälp av en av två kontrollparametrar, supermättnad eller kärnkroppsmatchning, forskare kunde kontrollera kärnbildning och tillväxt av karbonatbaserade kristaller.

"Vår forskning har framgångsrikt kombinerat både lokal supermättnad och gittermatchning för att mer effektivt främja kristallkärnbildning, "sade Li." Genom att visa kontroll över båda parametrarna kan vi rikta positionering och tillväxtriktning för kristallina föreningar på specifika substrat. "

Substrat/kärna gitter mismatch avser skillnaden i kristallinriktning mellan den växande kristallen på ett visst substrat, medan lokal övermättnad indikerar att koncentrationen av det lösta materialet runt en växande kristallstruktur nedsänkt i lösningsmedel är större än dess löslighetsgräns.

"Motivet för detta arbete är att förstå hur biologiska mineraliserade strukturer bildas - till exempel snäckskal, "Sa Li." Ett snäckskal är främst av krita, som uppenbarligen är spröd och svag, men naturen organiserar strukturen på ett sådant sätt att den blir väldigt stark. "

Den forskningsgrupp som arbetar tillsammans arbetar med att förklara de viktigaste strukturella grunderna för de mekaniska egenskaperna och förstå deras bildningsvägar för utveckling av bioinspirerade konstruktionsmaterial i framtiden.

Lis del av projektet fokuserar på gränssnittsstrukturerna mellan underliggande substrat och övervuxna kristaller och hur strukturer kan växa olika under olika förhållanden.

Med hjälp av ett exempel på tre olika kristallina strukturer av kalciumkarbonat (de vanligaste biomineralerna som finns i naturen) som substrat, laget bestämde att genom att modifiera placeringen av kristalliseringsreaktionen som sker i ett lösningsmedel, de kan påverka både övermättnad och substrat/kärna gitter felanpassning och på det sättet, nukleat och styra tillväxten av kristallerna i en specifik plats och riktning.

"Genom att försöka förstå hur dessa strukturer är organiserade, vi kan försöka efterlikna naturen med syntetiska material och förbättra de mekaniska egenskaperna, "sa Li.

Ett av de nästa stegen i forskningen kommer att få Li att leda samma grupp när de observerar hur kristallerna bildas under en röntgenstråle som registrerar hela tillväxtprocessen.

"Vi vill se hur kristaller växer med en nano-meter upplösning, att ge mer insikt när det gäller att förstå hur tillväxtparametrarna styr kristallernas morfologi, och kanske mer insikt i hur biologiska system fungerar för att kontrollera morfologi, vilket är extremt viktigt när det gäller deras egenskaper. "