Написано AZoNano 13 ноября 2019 [19459][19459

На протяжении многих веков кристаллы изучались и вездесущи в повседневной жизни людей. Они содержатся в костях человека, в еде, которую едят люди, и в батареях, которые они используют. Тем не менее, исследователи не смогли полностью понять, как кристаллы растут, или найти пути для эффективного производства кристаллов.

Следовательно, было предпринято очень мало научных усилий для улучшения широкого спектра кристаллических материалов, от солнечных батарей до самовосстанавливающихся биоматериалов.

Ученые из Университета Иллинойса в Чикаго придумали решение этой части загадки. Команда МСЖД использовала компьютерное моделирование для изучения движения атомов и молекул в растворе.

Они определили общий механизм, который регулирует рост кристаллов. Этот механизм может быть использован исследователями при разработке новых материалов.

В частности, они обнаружили, что, когда растворитель (например, вода) окружает кристаллообразующие молекулы, молекулы растворителя создают экран, известный как сольватная оболочка. Колебания в этом щите приводят к разрушению молекул, которые затем образуют кристаллы.

Команда также продемонстрировала, что на колебания оболочки влияют количество молекул растворителя, тип растворителя и температура. Результаты исследования были опубликованы в журнале Труды Национальной академии наук .

Впервые мы показали, что происходит, когда молекула покидает растворитель, образуя кристалл. При правильных условиях экран «танцует» вокруг и позволяет молекулам вырваться и интегрироваться в поверхность кристалла. Флуктуации в сольватной оболочке являются ключевыми молекулярными событиями, которые объясняют, как образуются кристаллы – знания об этом механизме отсутствуют с начала исследований кристаллизации .

Минеш Сингх, старший научный сотрудник и доцент кафедры химической инженерии, Инженерный колледж МСЖД

По словам Сингха, понимание этого механизма предоставит исследователям повышенную способность манипулировать молекулами для создания кристаллов определенной формы, размера и структуры. « Это позволит нам производить более качественные материалы для широкого класса продуктов, используемых в повседневной жизни », – добавил он.

Он также заявил, что некоторые примеры – это более стабильные литиевые батареи, костные имплантаты, которые поддерживают биоминерализацию, усовершенствованные полупроводники и сельскохозяйственные химикаты, а также лучшие системы доставки лекарств.

Молекулярная проницательность, полученная из этого исследования, также поможет сэкономить деньги в различных химических отраслях промышленности, уменьшив потребность в методах удара или пропуска в тысячах испытаний. С помощью этого исследования мы можем теперь разработать системы, которые могут кристаллизовать желаемую молекулу растворенного вещества без стольких испытаний .

Аниш Диг, соавтор исследования и аспирант, Университет Иллинойса в Чикаго

Это исследование было частично профинансировано Национальным научным фондом (CBET-1706921).

Источник: https://www.uic.edu/