Самосборка «цветов» в мензурке

Направляя руку Природы, ученые получили из химического раствора в пробирке утонченные структуры, похожие на цветы, однако не в сантиметровой шкале, а размерами несколько микрон.

Эти микроскульптуры не похожи на кубические или изрезанные формы, обычно присущие кристаллам, хотя и являются ими. Они, скорее, похожи на поля гвоздик и ноготков, расцветших на поверхности погруженной в раствор стеклянной пластинки.

С помощью простого манипулирования химическими градиентами раствора в пробирке Уим Нурдайн (Wim L. Noorduin), научный сотрудник Гарвардской школы технических и прикладных наук (SEAS), обнаружил, что он может управлять характером роста кристаллов, создавая точно конструируемые структуры.

«В течение, по крайней мере, 200 лет люди хотели знать, насколько сложные формы может создавать Природа. Эта работа помогает продемонстрировать, что можно сделать только посредством химических изменений в среде», - сказал Нурдайн.

Процесс образования кристаллов зависит от реакции компонентов, диффундирующих через жидкий раствор. Кристаллы растут либо по, либо против химических градиентов, например, сдвига рН реакции. Условия реакции определяют, будет ли структура иметь сходство с радиально расходящейся листвой, тонким стеблем или розеткой из лепестков.

Чтобы создать структуры, подобные цветам, Нурдайн с коллегами растворил хлорид бария и силикат натрия в пробирке с водой. Двуокись углерода из воздуха растворилась в воде естественным путем, запустив реакцию осаждения кристаллов карбоната бария. В качестве побочного продукта это также понизило рН раствора, непосредственно окружающего кристаллы, что затем запустило реакцию с нерастворимым силикатом натрия. Эта вторая реакция добавляет слой двуокиси кремния к растущим структурам, расходует кислоту из раствора и позволяет продолжать формирование кристаллов карбоната бария. Нурдайн с коллегами вырастили кристаллы на пластинках стекла и металлических лезвиях.

«Когда вы смотрите в электронный микроскоп, вам кажется, будто вы нырнули в океан и увидели огромные поля кораллов и губок», - сказал Нурдайн.

Эти квазицветные фотографии, сделанные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают микроскопические структуры, похожие на цветы, созданные посредством манипуляции химическими градиентами, управляющими самосборкой кристаллов