Chinese wetenschappers hebben onthuld dat zich een nieuwe stof kan vormen tijdens het proces van georiënteerde hechting (OA) van kristalgroei, die nieuw licht kunnen werpen op het microscopische mechanisme van kristalgroei.

Het onderzoek is gedaan door wetenschappers van het Institute of Solid State Physics (ISSP) onder de Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academie van Wetenschappen en andere samenwerkende instellingen. Het is gepubliceerd in Materie op 29 mei.

Kristallisatie, een heel vertrouwd fysiek proces, komt zowel natuurlijk als kunstmatig voor. De resulterende producten - kristallen - spelen een belangrijke rol in de moderne wetenschap en technologie. Bijvoorbeeld, enkele siliciumkristallen spelen een centrale rol in de halfgeleiderindustrie; niet-lineaire optische kristallen, bijvoorbeeld β-BaB ₂ O ₄ (BBO) - zijn onmisbaar in moderne lasertechnologie en experimenten met kwantumoptica; en hoogwaardige enkelkristallijne monsters zijn meestal een voorwaarde voor experimentele metingen en studies naar nieuwe kwantumeffecten. Daarom, onderzoek naar kristalgroei staat altijd in de schijnwerpers.

Oriented Attachment (OA) is een begrip dat niet kan worden genegeerd als het gaat om kristalgroei (zie Achtergrondinformatie). Er wordt algemeen aangenomen dat OA een fysiek proces is waarbij nanokristallen in bepaalde richtingen uitlijnen om grotere eenkristallen te vormen door interfacefusie (figuren 1a en 1b). Door dit proces, de resulterende kristallen bezitten zowel samenstellende als fasestructuren die identiek zijn aan die van de voorloper-nanodeeltjes.

Maar is het mogelijk dat er een nieuwe stof wordt gevormd via het OA-proces?

Om deze vraag te beantwoorden, Chinese wetenschappers voerden een reeks experimenten uit en hun resultaten gaven een positief antwoord.

Door NaHCO . toe te voegen ₃ naar Y ₂ (CO ₃ ) ₃ ·2H ₂ O suspensies van nanodeeltjes in een waterige omgeving, de onderzoekers verkregen monokristallijne platen geïdentificeerd als NaY(CO ₃ ) ₂ ·6H ₂ O. Een soortgelijk product ((NH ₄ )Y(CO ₃ ) ₂ ·H ₂ O) werd verkregen door toevoeging van (NH ₄ )HCO ₃ aan de schorsing.

De morfologie en atomaire structuren van de producten werden gekarakteriseerd met behulp van state-of-the-art experimentele methoden. In combinatie met theoretische berekeningen, de onderzoekers leverden overtuigend bewijs dat het mechanisme dat het syntheseproces regelt een nieuw type OA is (figuur 1c). De wetenschappers hebben het mechanisme "Chemical Reaction-directed Oriented Attachment" (CROA) genoemd.

"Wij geloven dat de ontdekking van CROA een nieuwe weg zal banen voor de synthese van nieuwe functionele materialen, en het begrip van het mechanisme van natuurlijke mineraalvorming te verdiepen, " zei Qin Xiaoying, de corresponderende auteur van het werk van ISSP.