发表在今天的的《自然》杂志上的一篇重要论文，题为：“通过界面驱动的形核和组装形成自相似的介晶”报告说，科学家发现形成复杂晶体的新途径。介晶（mesocrystal），又称介观晶体，指相似的尺寸和形状的大量小晶体，其被布置成规则的周期性图案构成的材料结构。它是定向聚集的一种形式，其中的小晶体具有平行的晶体排列，但在空间上是分开的。当材料达到极小的尺寸范围时，奇怪的事情就会发生，这些现象之一是介晶的形成。尽管由单独的单个晶体组成，介观晶体仍然聚集在一起，形成了一个更大的、融合的结构，表现为纯的单晶。但是，这些过程发生的规模太小，以至于人眼无法看到，而且它们的创建极难观察。由于这些挑战，科学家无法确切确认介晶的形成方式。现在，该研究使用了先进的透射电子显微镜（TEM）技术来实时观察溶液中的介晶形式。所看到的与常规观念相反，这一新的认知有一天可以帮助科学家设计储能材料，并了解土壤中矿物质的形成方式。研究人员观察到，成核和附着在形成这些高度均匀的结构中紧密耦合，而不是单个晶体成核，而是开始形成晶体，然后在两个不相关的步骤中随机聚集为介观晶体。如图所示研究人员使用先进的显微镜技术实时观察介观晶体形式。论文第一作者、华盛顿大学材料科学家、朱国敏（Guomin Zhu）说：“我们的发现确定了通过颗粒附着而结晶的重要新途径，并解决了有关介晶形成的关键问题。” “我们怀疑这是一种普遍现象，对设计纳米材料的合成和对自然矿化的理解都具有重大意义。”如图所示在附着之前，可注意到的是小晶体在正在生长的中晶表面附近成核。实时看到结晶该研究项目花费了多年的时间来执行，并且需要解决大量问题。在显微镜实验中，科研团队选择了一个模型系统，其中包括赤铁矿（草皮中常见的一种铁化合物）和草酸盐（一种土壤中天然存在的化合物）。 研究人员使用透射电子显微镜可视化了该过程，能够实时观察到纳米级的结晶。他们将这种实时方法与“冻结和外观” 透射电子显微镜相结合，使他们能够在生长过程中的不同点跟踪单个晶体。理论计算有助于完成图景，从而使研究团队能够拼凑出介晶的生长方式。研究人员通常在室温下进行大多数透射电子显微镜实验，以简化实验设置并最大程度地减少损坏灵敏仪器的可能性，但介晶的形成速度足以在80°C左右观察到。朱说：“用于加热样品的附加设备使实验变得极具挑战性，但我们知道数据对于了解介晶的形成至关重要。”加热后，新的赤铁矿纳米晶体使它们易于快速附着在一起，平均而言，它们会导致最终的介观晶体尺寸和形状大致相同。如图所示透射电子显微镜使研究人员可以观察基本的晶体形成过程。自然界中的介观晶体这种快速可靠的附着的化学关键是溶液中存在的草酸盐分子。在最初的几个小晶体形成之后，草酸盐添加剂有助于在液体和生长的晶体的界面处产生化学梯度。粒子成核所需的更多化学成分会在晶体附近徘徊，这大大增加了新粒子在现有粒子附近形成的可能性。研究人员说，虽然在受控条件下以很小的比例观察到了这种晶体生长途径，但它也可能发生在自然系统中。一些矿床都含有介晶。考虑到草酸盐的天然丰富性，研究观察发现，赤铁矿在低至40°C的温度下即可成为介晶，这种形成途径似乎是自然发生的。由于在整个自然界都发现了介晶，因此这些发现可用于了解环境中的循环及其他应用。而且，创建接近均匀的复杂结构的途径，需要了解形成这种材料的方法如何工作以及如何控制它们。因此，这项工作开拓了介晶或类介晶材料的新的可能性。参考：Guomin Zhu et al, Self-similar mesocrystals form via interface-driven nucleation and assembly,Nature(2021). https://www./articles/s41586-021-03300-0相关热点链接：天天头条网易新闻门户网站_权威新闻媒news.
