Как растат кристалите
Нова светлина бе хвърлена върху метода, по който молекулите напущат разтвор, с цел да станат част от възходящ кристал. Тъй като свойствата на кристалите зависят от техния размер и форма, а те се въздействат от скоростта на растежа им, проучването открива опция за модифициране на образуването на кристали за възстановяване на приложенията им.
Кристалите са доста повече от красивите камъни, което е първата асоциация на множеството хора с тази дума. Те могат да се образуват от съществени протеини в телата ни, да зареждат живота ни под формата на слънчеви кафези и да обезпечават полупроводниците, които разрешават в този момент да четете тази публикация. И въпреки всичко основни аспекти от процеса на формиране им остават мистерия. Сега обаче ново проучване разкрива по какъв начин молекулите се прикрепят към местата на кристалната повърхнина, с цел да може кристалът да пораства.
В материалознанието кинковете са разклонения, породени от дислокационен недостатък. Те разрешават на кристалите да се деформират под въздействието на сили на отрязване. Нещо повече, учените от Университета в Хюстън означават в новата си публикация: „ Скоростта на напредък на кристалите значително се диктува от химическата реакция сред разтвора и кинковете. “ С други думи, когато молекулите в разтвора се прикрепят към кристалите, тъй че те да порастват, те го вършат, като се свързват с кинка.
Както при доста други неща в науката, достигането до детайлности е мъчно, само че екипът от Хюстън е изследвал реакциите на четири разтворителя в при клинковете извънредно в детайли.
„ Ние демонстрираме, че процеса на свързване на молекула разтворител с клинка се разделя на две обикновени реакции “, оповестяват те. „ Първо, входящата молекула на разтвореното вещество се освобождава от част от обвивката си на разтворител и се свързва с молекулите на разклонението посредством връзки, разнообразни от тези в цялостното ѝ положение. На втория стадий разтвореното вещество раздира тези първични връзки и се реалокира в разклонението. “
На първия стадий се образува предварителна връзка сред молекулата на веществото и разклонението, само че тя би трябвало да бъде прекратена, преди да се реализира дефинитивно ѝ включване – нещо, което съгласно създателите е нелогично.
„ В продължение на десетилетия откривателите на кристалния напредък мечтаеха да изяснят химическата реакция сред входящите молекули и неповторимите места на кристалната повърхнина, които ги одобряват – кинковете “, споделя старшият създател професор Петър Векилов в изказване. „ Механизмът на тази реакция, т.е. времето и дължината, вероятните междинни артикули и тяхната непоклатимост, остава неизучен и е обект на спекулации в продължение на повече от 60 години. “
Авторите откриват, че молекулите се вграждат в кристала доста по-бавно, в сравнение с разтворителят ги доставя. Това, пишат те, „ афишира съществуването на активационна преграда “. Същото не се следи, когато кристалите порастват от газ, което демонстрира, че бариерата е артикул на разтвора. Връзките сред разтвореното вещество и разтворителя би трябвало да се разрушат, с цел да може кристалът да пораства.
Това значи, заключават създателите, че междинното положение преди молекулите да се реалокират в кинка дефинира скоростта на напредък на кристала.
„ Представата за междинното положение и неговата решаваща роля в кристалния напредък опровергава и заменя преобладаващото до момента съмнение за процеса “, споделя Векилов.
По подигравка на ориста това съмнение – че бариерата на активиране се дефинира от взаимоотношенията в разтвора преди срещите с кристала – е препоръчана от съветника на Векилов по време на докторантурата му А. А. Чернов преди десетилетия. Може би като предложение за мир към Чернов (който преди този момент е бил президент на Международната организация за напредък на кристали), създателите признават, че някои кристали могат да порастват в едностъпков развой, само че допускат, че това „ евентуално е лимитирано до разтвори с висока симетричност, които са сравними по мярка с разтворителя “.
За да разгадаят процеса на напредък, създателите употребяват освен рентгенова дифракция – наш главен инструмент за схващане на кристалните структури в продължение на един век – и абсорбционна спектроскопия, само че и по-съвременни техники, в това число времево позволена in situ атомно-силова микроскопия. Последната към този момент е в положение да позволява обекти в съвсем молекулен мащаб.
