Verschillende gestructureerde materialen hebben verschillende eigenschappen en toepassingen. Het onthullen van het vormingsmechanisme van materiële structuren kan helpen bij het ontwikkelen van routes voor de rationele synthese. Echter, hoe de materiaalstructuren groeien en hoe ze hun groei kunnen manipuleren, blijft onduidelijk.

Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Han Yongsheng van het Institute of Process Engineering (IPE) van de Chinese Academie van Wetenschappen gebruikte een in-situ scanning elektronenmicroscoop om zilverdynamische kristallisatie te onthullen.

hun studie, gepubliceerd in Onderzoek , toonde de vorming van materialen en ontdekte de "geheime handen" die elk atoom op zijn plaats zetten.

Geïnspireerd door het concept van mesowetenschap, onderzoekers startten een onderzoekslijn om de vorming van materiaalstructuren te beheersen via diffusie en reactie van chemicaliën.

Bij verschillende diffusie- en reactieomstandigheden de chemische verdeling rond het groeifront van kristallen is anders, wat resulteert in een door kinetiek gedomineerde anisotrope groei van structuren, het vormen van verschillende complexe materiaalstructuren.

Hoewel de algemene rol van chemische grensvlakconcentratie werd bevestigd, hoe de steeds veranderende chemische distributie de groei van de materiaalstructuur en de uiteindelijke vorm van producten beïnvloedt, is grotendeels gebaseerd op speculatie, die ons begrip van het ontwerp en de rationele synthese van materiële structuren beperkt.

In dit onderzoek, een vloeibare cel opgesloten een laag van de oplossing van zilvernitraat tussen twee membranen, die hermetisch was afgesloten voor het hoogvacuüm van de microscoop.

De elektronenstraal komt de cel binnen via een elektronentransparante siliciumnitridefilm, waardoor een realtime beeldvorming van zilverkristallisatie in de vloeistof mogelijk is. Toen de elektronenstraal de vloeibare oplossing bestraalde, verschillende tijdelijke producten, waaronder gehydrateerde elektronen en hydroxylradicalen, werden gegenereerd.

De onderzoekers berekenden de radicalenverdeling in de vloeibare cel tijdens de bestraling, en ontdekte dat de reductieve hydraatelektronen en de oxidatieve hydroxylradicalen in de cel fluctueerden.

"Deze fluctuatie leidt tot een omkeerbaar dynamische kristallisatie van zilver, die wordt toegeschreven aan de alternatieve dominantie van de reductie- en oxidatiereacties in de cel, " zei prof. Han.

Verder, een regulering van de elektronendosissnelheid veranderde de radicalenconcentratie, wat leidt tot de vorming van diverse structuren van zilverkristallen, die de dominante rol van chemische concentratie in de structurele evolutie van materialen bevestigde.

Deze studie toonde aan dat een controle van de chemische concentratie in het groeifront van kristallen kan leiden tot de rationele synthese van materiële structuren.