凝视水晶球,以增进对水晶形成的了解

时间:2019-12-31 20:15 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

凝视水晶球,以增进对水晶形成的了解

东京大学工业科学研究所的研究人员进行了考虑和忽略水动力相互作用的模拟,以确定这些相互作用是否会导致用于模拟结晶的硬球胶体系统的实验和计算成核率之间的巨大差异。研究小组从两个模拟中得到了相似的成核速率,这说明水动力相互作用不能解释观测到的硬球系统的实际成核速率和模拟成核速率之间的不匹配。

结晶是将液相或气相中的无序分子通过成核和生长两个阶段转变为高度有序的固体晶体的物理现象。结晶在材料和自然科学中是非常重要的,因为它发生在广泛的材料中,包括金属、有机化合物和生物分子,所以有必要全面了解这个过程。

由悬浮在液体中的硬球组成的胶体常被用作研究结晶的模型系统。多年来,在计算模拟和实验测量的硬球胶体成核率之间观察到一个高达10个数量级的巨大差异。这种差异通常是由于模拟没有考虑流体动力学的相互作用——溶剂分子间的相互作用。东京大学工业科学研究所、牛津大学和萨皮恩扎大学的研究人员最近联合起来,对实际和计算出的成核率之间的差异进行了进一步的探索。

他们首先开发了一个硬球胶体模型,可以可靠地模拟真实硬球系统的实验热力学行为。接下来,他们对考虑和忽略水动力相互作用的模型系统进行了结晶模拟,以阐明这些相互作用对结晶行为的影响。

“我们最初设计了一个模拟模型,精确地再现了硬球系统的真实热力学,”该研究的第一作者Michio Tateno说。“这证实了该模型用于进一步模拟的可靠性和适用性。”

利用所建立的模型忽略和考虑水动力相互作用的模拟结果表明,水动力相互作用对成核速率没有影响,这与主流观点相反。无论有无水动力相互作用,成核率与体系中硬球比例的关系图在计算时都是相同的,并且与另一个研究小组报告的结果一致。

“我们使用开发的模型进行计算,其中包括和不考虑流体动力相互作用,”资深作者田中hajime解释说。“在这两种情况下,计算出的晶体成核率是相似的,这使我们得出这样的结论:水动力相互作用并不能解释实验和理论上得到的巨大不同的成核率。”

研究小组的发现清楚地表明,水动力相互作用并不是实验和模拟成核率之间巨大差异的根源。他们的结果进一步加深了我们对结晶行为的理解,但却没有解释这种巨大差异的来源。

文章《水动力相互作用对胶体结晶的影响》发表在《物理评论快报》上。

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