Atomik ölçekli görüntüleme, kristal oluşumuna giden kolay bir yolu ortaya koyuyor

Atomik ölçekli görüntüleme, kristal oluşumuna giden kolay bir yolu ortaya koyuyor

Burada turuncu ile gösterilen alüminyum hidroksit, düzenli bir kristal oluşturmadan önce yapılar arasında dalgalanmalara uğrar. Kredi: Nathan Johnson | Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı

Bulutlar, televizyonlar, ilaçlar ve hatta ayaklarımızın altındaki kirlerin ortak noktası nedir? Hepsinin bir şekilde kristalleri vardır veya kullanırlar. Kristaller, süslü değerli taşlardan daha fazlasıdır. Bulutlar, su buharı atmosferde buz kristallerine yoğunlaştığında oluşur. Sıvı kristal ekranlar, televizyonlardan gösterge panellerine kadar çeşitli elektronik cihazlarda kullanılır. Kristalizasyon, ilaç keşfi ve saflaştırılması için önemli bir adımdır. Kristaller ayrıca kayaları ve diğer mineralleri oluşturur. Çevredeki önemli rolleri, malzeme bilimi ve sağlık bilimleri araştırmalarının odak noktasıdır.

Bilim adamları henüz kristalleşmenin nasıl gerçekleştiğini tam olarak anlamadılar, ancak süreci ilerletmede yüzeylerin önemi uzun zamandır kabul ediliyor. Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), Washington Üniversitesi (UW) ve Durham Üniversitesi’nden yapılan araştırmalar, kristallerin yüzeylerde nasıl oluştuğuna yeni bir ışık tutuyor. Onların sonuçları yayınlandı Bilim Gelişmeleri.

Kristalleşme üzerine önceki çalışmalar, bilim adamlarını klasik çekirdeklenme teorisini oluşturmaya yöneltti – kristallerin neden oluşmaya veya çekirdeklenmeye başladığına dair baskın açıklama. Kristaller çekirdeklendiğinde, sadece birkaç atomdan oluşan çok küçük geçici kümeler olarak başlarlar. Küçük boyutları, kümelerin tespit edilmesini son derece zorlaştırır. Bilim adamları, bu tür süreçlerin yalnızca birkaç görüntüsünü toplamayı başardılar.

PNNL Fizik Bilimleri Bölümü Kimyager Ben Legg, “Yeni teknolojiler kristalleşme sürecini daha önce hiç olmadığı kadar görselleştirmeyi mümkün kılıyor” dedi. Bunu yapmak için PNNL Battelle Üyesi ve UW Bağlı Profesörü James De Yoreo ile ortaklık kurdu. İngiltere’deki Durham Üniversitesi’nden Profesör Kislon Voitchovsky’nin yardımıyla, suda mika yüzeyinde bir alüminyum hidroksit mineralinin çekirdeklenmesini izlemek için atomik kuvvet mikroskobu adı verilen bir teknik kullandılar.

Mika, alçıpandan kozmetiğe kadar her şeyde bulunan yaygın bir mineraldir. Genellikle diğer minerallerin çekirdeklenmesi ve büyümesi için bir yüzey sağlar. Ancak bu çalışma için en önemli özelliği, araştırmacıların mika üzerinde oluşan birkaç atomlu kümeleri tespit etmelerini sağlayan son derece düz yüzeyiydi.

Legg ve De Yoreo’nun gözlemlediği şey, klasik teoriden beklenmeyen bir kristalleşme modeliydi. Bir atom kümesinin kritik bir boyuta ulaştığı ve daha sonra yüzey boyunca büyüdüğü nadir bir olay yerine, kristalin “adalar” arasında devam eden boşluklarla beklenmedik bir modelde birleşen binlerce dalgalı küme gördüler.

Sonuçların dikkatli bir analizinden sonra araştırmacılar, mevcut teorinin belirli yönleri doğru olsa da, nihayetinde sistemlerinin klasik olmayan bir yol izlediği sonucuna vardılar. Bunu mika yüzeyindeki yüklerden kaynaklanan elektrostatik kuvvetlere bağlıyorlar. Birçok malzeme türü suda yüklü yüzeyler oluşturduğundan, araştırmacılar yaygın bir fenomen gözlemlediklerini ve bu klasik olmayan sürecin meydana gelebileceği diğer sistemleri aramak için heyecanlı olduklarını varsayıyorlar.

De Yoreo, “Klasik çekirdeklenme teorisinden gelen varsayımların, malzeme biliminden iklim tahminine kadar uzanan disiplinlerde geniş kapsamlı etkileri var” dedi. “Deneylerimizden elde edilen sonuçlar, bu tür sistemlerin daha doğru simülasyonlarının üretilmesine yardımcı olabilir.”


Sıralama: Yeni çalışma, kristalizasyonda sıvı yapısal sıralamanın önemini ortaya koyuyor


Daha fazla bilgi:
Benjamin A. Legg ve diğerleri, Mika üzerindeki Hidroksit filmler, çekirdeklenme bariyerlerini aşan şarj stabilize mikrofazlar oluşturur, Bilim Gelişmeleri (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abn7087

Pacific Northwest Ulusal Laboratuvarı tarafından sağlanmıştır

Alıntı: Atomik ölçekli görüntüleme, kristal oluşumuna giden kolay bir yolu ortaya koyuyor (2022, 23 Eylül), 23 Eylül 2022’de https://phys.org/news/2022-09-atomic-scale-imaging-reveals-facile-route.html adresinden alındı.

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.