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想不到!不斷攪拌讓晶體生長更快更大


原文標(biāo)題:想不到!不斷攪拌讓晶體生長更快更大

原文鏈接:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2020/3/354007.shtm

  近日,北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授孫建科與韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究院合作,在《自然》發(fā)表了題為《聚電解質(zhì)溶液剪切流場促進(jìn)晶體生長》的研究,提出了利用剪切驅(qū)動的封閉系統(tǒng)恒溫結(jié)晶方法。

  制備高質(zhì)量且粒徑尺寸合適的單晶,在有機(jī)合成以及制藥等相關(guān)行業(yè)至關(guān)重要。高質(zhì)量的單晶生長通常需要數(shù)小時至數(shù)天,且在此期間要避免外界環(huán)境擾動。基于傳統(tǒng)的結(jié)晶學(xué)理論,機(jī)械攪拌和剪切流容易引起二次成核,不利于晶體生長。

  該項研究突破了上述認(rèn)知,發(fā)現(xiàn)在聚離子液體(PIL,一類聚電解質(zhì)材料)存在的環(huán)境中,不斷地攪拌會讓晶體生長得更快、更大。

  該方法以小分子均苯三甲酸結(jié)晶為例,在咪唑類聚離子液體(3—氰甲基—1—乙烯基咪唑雙〈三氟甲烷磺酰〉亞胺鹽聚合物存在下,經(jīng)過10分鐘的攪拌(400轉(zhuǎn)/分鐘),均苯三甲酸晶體的平均尺寸可達(dá)到440微米,較相同條件下不攪拌的體系獲得的晶體平均尺寸增長了171倍,該方法也遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)的室溫?fù)]發(fā)方法。

  此外,該方法具有普適性,對無機(jī)、有機(jī)、無機(jī)—有機(jī)雜化晶體,甚至一些蛋白質(zhì)晶體都具有促進(jìn)生長的效果。相對于傳統(tǒng)方法,該方法還能有效提升多孔晶態(tài)材料的比表面積。

  進(jìn)一步的機(jī)理研究表明,在剪切力場下晶體加速生長,可歸納為如下兩種因素的協(xié)同作用:在剪切應(yīng)力下,聚離子液體高分子鏈段會展開/拉伸,競爭溶劑分子,導(dǎo)致溶質(zhì)的溶解度降低,結(jié)晶析出;局部剪切速率跟顆粒尺寸成正比,晶體尺寸越大,晶體的生長速率越快。

  據(jù)悉,該方法是對當(dāng)前晶體生長技術(shù)的一個重要補(bǔ)充,有望大大降低材料加工和制藥業(yè)中晶體生長成本。

  相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.5281/zenodo.3533635

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