日前，中国科学院合肥物质科学研究院其他国内外科研机构研究人员合作，发现了一种新的晶体生长模式，这一晶体生长模式被称为化学反应导向的取向聚集(Chemical Reaction-directed Oriented Attachment，简写为CROA)。相关研究结果日前在线发表在Matter《物质》期刊上。

经典成核

构成晶体的原子或者分子在热运动的驱动下，发生随机的碰撞并键联在一起，逐渐形成一个小团簇；当小团簇的尺寸大于某个临界尺度(临界晶核)之后，它就会倾向于不断地吸收更多的原子/分子同伴而继续长大，直到成为宏观尺度的晶体，这就是经典模式。

取向聚集（OA）

人们在实验上发现，用水热法合成一些纳米晶体的过程中，一些尺寸较小的纳米晶粒，会沿着特定的方向互相靠近，通过界面熔合彼此连接在一起，形成大尺度的单晶。这种不同于传统观点的晶体生长模式被命名为取向聚集（Oriented Attachment，OA）。取向聚集是生物矿物和天然矿物中普遍存在的现象。多年来，人们普遍认为OA是一个物理过程，不涉及前体纳米粒子与溶液中离子之间的化学反应。因此，所得晶体保持与前体粒子相同的晶体结构和化学成分。

经典结晶、OA、CROA对比示意图

化学反应导向的取向聚集（CROA）

但是，此次研究证明并非如此。科研人员在稳定的碳酸钇纳米颗粒悬浮液中，加入电解质在适当温度经过反应之后，形成微米级的片状单晶体。通过表征和分析，证明了这是一种新的取向聚集模式。由于伴随颗粒取向聚集过程发生化学反应，故这一晶体生长模式被称之为化学反应导向的取向聚集(CROA)。

与传统的OA过程相比，这种OA生长可以产生单晶物质，其晶体结构和化学成分与前体纳米颗粒不同（通常更复杂）。此次研究成果被证实多种盐结晶的适用性，不仅拓展了非经典的基于取向聚集的晶体生长模式的领域，而且为制造具有复杂结构的功能材料提供了一种可行的方法。

参考来源：中科院合肥所

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.05.001

YUXI 编译