Наука 25 июня 2022

Химики поняли, как растут «усы» кристаллов. Это поможет в создании нановолокон

Исследователи открыли механизм быстрого роста нитевидных кристаллов в органических соединениях. Исследование, опубликованное в Scientific Reports, рассказывает, как управлять этим процессом.

Читайте «Хайтек» в

Исследователи из Токийского столичного университета изучили рост кристаллов о-терфенила и салола. Эти соединения известны созданием нитевидных кристаллов. Ученые обнаружили, что на кончике каждой нити есть крошечный пузырь, состоящий из газа этого же органического соединения.

Химики показали, что в процессе охлаждения молекулы вещества не оседали на растущем фронте кристаллизации, как это происходит в обычных кристаллах. Вместо этого они перемещались в газовый пузырь после чего оседали на конце нити. Исследователи обнаружили, что подобное нетипичное поведение связано с разницей в плотности между кристаллом и жидкостью, в которой он образуется.

Рост нитевидного кристалла под микроскопом. Снимки сделаны с разницей в 1 с, стрелка показывает пузырек с газом. Источник: Yashima et al., Scientific Reports

Нитевидный кристалл или ус — это тонкий вытянутый монокристалл. Его длина, как правило, в 100–1000 раз больше диаметра. Свойства ультратонких нитей из кристаллического материала обещают множество применений в электронике, при катализе и при производстве энергии. Но спонтанный рост кристаллов там, где они нежелательны, может привести к нарушению электрических схем и короткому замыканию.

В своей работе исследователи показали, что рост кристаллов можно контролировать, управляя найденными пузырьками. Химики добавили в материал небольшое количество примесей для подавления кавитации (образования пузырьков). Эксперимент показал, что при исчезновении полостей с газом усы переставали появляться, а кристалл демонстрировал медленный и равномерный рост.

Возможность настраивать и управлять ростом кристаллов и усов поможет в выращивании нановолокон для технических приложений, считают авторы работы. Кроме того, могут быть разработаны стратегии защиты электроники и батарей от потенциально опасных коротких замыканий, вызванных нитевидными кристаллами.