Ученые увидели образование пористых кристаллов на масштабах частиц

Международная группа ученых впервые провела наблюдение за процессом образования кристаллического геля на масштабах отдельных частиц. Это позволило более детально понять процессы, происходящие при образовании таких структур. Исследование опубликовано в журнале Nature Materials.

Гели представляют собой твердый каркас и находящуюся в нем жидкую дисперсионную среду. В своей работе для создания кристаллического геля ученые сначала создали коллоидный раствор из полимерных частиц размером около двух микрометров с добавлением специального притягивающего полимера. Помимо этого ученые пометили эти частицы специальным флуоресцентным веществом-маркером.

Дело в том, что для наблюдения за процессом образования кристаллического геля исследователи использовали конфокальную микроскопию. Она основана на облучении образца лазерным излучением, которое возбуждает в нем флуоресцентное излучение. Такой метод позволяет достичь значительно большего пространственного разрешения, чем у обычных световых микроскопов, особенно по глубине. На основе данных с микроскопа ученые создали трехмерную модель.

Видео, наглядно объясняющее принцип работы флуоресцентной и конфокальной микроскопии

Изначально частицы коллоидного раствора отталкивались друг от друга из-за электростатического отталкивания. Чтобы превратить их в кристаллический гель, ученые добавляли раствор соли, который нивелировал отталкивание. Ученые выяснили, что при больших концентрациях полимера образуется гель, в котором коллоидные частицы образуют каркас с неупорядоченной структурой. Однако, если точно подобрать концентрацию полимера, они могут образовать пористую кристаллическую структуру. Исследователи считают, что этот результат поможет в понимании механизмов кристаллизации и создании новых микропористых материалов.

Процессы кристаллизации жидкостей все еще не до конца изучены, и ученые открывают в этой области все новые механизмы. К примеру, в прошлом году группа физиков обнаружила аномальные режимы кристаллизации в переохлажденной жидкости. 

Григорий Копиев