科学家通过原位扫描电子显微镜(SEM)揭示了银的动态结晶过程

时间:2020-04-13 17:25 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

科学家通过原位扫描电子显微镜(SEM)揭示了银的动态结晶过程

不同的结构材料有不同的性能和应用。揭示材料结构的形成机理,有助于开辟合理的合成途径。然而,材料结构如何生长以及如何控制它们的生长仍不清楚。

中国科学院过程工程研究所韩永生教授领导的研究小组利用原位扫描电子显微镜揭示了银的动态结晶过程。

他们的研究发表在《研究》(Research)杂志上,展示了物质的形成过程,并发现了排列每个原子位置的“秘密之手”。

受到中观科学概念的启发,研究人员启动了一条通过化学扩散和反应来控制材料结构形成的研究路线。

在不同的扩散和反应条件下,晶体生长前缘周围的化学分布不同,导致结构以动力学为主的各向异性生长,形成不同的复合材料结构。

虽然界面化学浓度的一般作用已经被确认,但不断变化的化学分布如何影响材料结构的生长以及最终产品的形状,大多是基于推测,这限制了我们对材料结构设计和合理合成的理解。

在这项研究中,一个液体细胞将一层硝酸银溶液封闭在两层膜之间,这层膜由于显微镜的高真空而被密封。

电子束通过电子透明的氮化硅薄膜进入细胞,使液体中的银结晶的实时成像成为可能。当电子束照射液体时,会产生包括水合电子和羟基自由基在内的各种瞬态产物。

研究人员计算了辐照过程中液体细胞内自由基的分布,发现还原性水合物电子和氧化性羟基自由基在细胞内波动。

“这种波动导致银的可逆动态结晶,这是由于还原和氧化反应在细胞中交替主导,”韩教授说。

此外,电子剂量率的调节改变了自由基的浓度,导致银晶体形成不同的结构,这证实了化学浓度在材料结构演化中的主导作用。

研究表明,控制晶体生长前缘的化学浓度可以使材料结构得到合理的合成。

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