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研究证实晶体生长新模式:化学反应导向取向聚集(CROA)
2019年06月12日 发布 分类:技术前沿 点击量:225
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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


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