UCSB研究人员检查晶体的生长

从大自然到基本设备，人类都被水晶包围着。前者的恩惠，如雪和冰，可以对称地自发形成。然而，在led和其他各种电子产品中发现的氮化镓或硅基晶体需要一点诱导才能获得完美的排列和形状。

研究人员,加州大学圣芭芭拉分校目前，他已经通过研究晶体的生长，解开了另一个理论难题——这一进展可以在许多需要晶体形成的过程中节省能源和时间。

今天大多数工业生产过程的设计方法是通过做大量的实验来找出晶体是如何生长的以及在不同的条件下它们的生长速度。

迈克尔•多尔蒂UCSB化学工程师

以雪花为例，随着湿度和温度等不同条件的变化，雪花的形成方式也不同;因此，人们普遍认为没有两个是相同的。Doherty补充说，在建立了优选晶体生长的最佳条件后，必须设计和校准设备，以提供一个不断生长的环境。app亚博体育

然而，通过积累数十年的专业知识，Doherty与UCSB的同事Baron Peters和前研究生Mark Joswiak(目前在陶氏化学)成功地开发了一种计算方法，可以预测离子晶体在不同情况下的生长速率。在一种相对简单的晶体——氯化钠(NaCl，俗称食盐)——的帮助下，研究人员为分析更复杂的晶体奠定了基础。

在肉眼看来，离子晶体似乎是由完美的均匀和光滑的面孔组成的。然而，当更近距离观察时，人们经常会发现它们包含能够影响其生长潜力的表面特征，以及它们采取的更大的形状。

有位错，在位错的周围有螺旋，螺旋的周围有边，边的周围有扭结每一层都需要一个理论来描述这些特征的数量以及它们变化的速率。

“加州大学圣塔芭芭拉分校男爵彼得斯

Baron说，在最小的尺度上，溶液中的离子不能轻易地附着在生长的晶体上，因为水分子不能轻易地溶解或与离子相互作用。如此多的过程在如此多的尺度上发生，很容易理解预测晶体的生长是多么困难。

最大的挑战是将各种技术和方法应用到一个新问题上——检查表面扭结点的离子附着和脱离，那里缺乏对称性，加上强离子-水相互作用。然而，当我们遇到问题并找到解决方案时，我们对过程、水分子的作用以及钠离子和氯离子之间的差异有了更多的了解。

马克·乔斯维克，陶氏化学

他们的见解包括:离子大小很重要。研究人员发现，由于它的大小，较大的氯离子(Cl-)在脱离时阻止水进入扭结点，从而限制了氯化钠在水中溶解的完全速度。

“你必须找到一个特殊的坐标系，可以揭示这些特殊的溶剂重排，这种重排为离子从溶剂笼中滑出并锁定在扭结位置创造了一个开口，”彼得斯说。“我们证明，至少对于氯化钠，我们最终可以给出一个具体的答案。”

这种概念验证的开发是Doherty集团在结晶过程方面的专业知识和Peters集团在“罕见事件”方面的专业知识的成果。罕见事件是相当罕见和短暂的，但非常重要的现象(如反应)，基本上改变了系统的状态。采用一种称为过渡路径抽样的方法，研究人员成功地理解了到达过渡状态的事件。从氯化钠的工作中获得的机械见解和策略为预测材料合成、生物矿化和药物的增长率提供了蓝图。亚博网站下载