《高中物理 第二章 固體 第2節(jié) 固體的微觀結(jié)構(gòu) 電維姆-諾度因：微觀世界的晶體花農(nóng)素材 魯科版選修3-3》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第二章 固體 第2節(jié) 固體的微觀結(jié)構(gòu) 電維姆-諾度因：微觀世界的晶體花農(nóng)素材 魯科版選修3-3（3頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、電維姆·諾度因：微觀世界的晶體“花農(nóng)” 在從自然界的生物礦化中得到啟示，科學(xué)家們在實驗室中得到了微米級別的、形狀如花一般的晶體。借鑒自然界中硅藻和鮑魚殼的形成過程，來自哈佛大學(xué)的晶體生長研究科學(xué)家維姆·諾度因（Wim Noorduin）及其團隊改進了實驗室中晶體生長的方法——通過改變?nèi)芤旱臏囟?、酸堿度以及二氧化碳的濃度，實現(xiàn)晶體生長過程的可控。 一切復(fù)雜源于簡單，自然界中的無機礦物質(zhì)與有機分子的相互作用可以生成層次分明的高功能化材料，實驗室中晶體的“花瓶、莖葉和花朵”也由此而生。 怎么才能做出一朵漂亮的晶體花？你所需要的原料僅僅是一燒杯氯化鋇和硅酸鈉的水溶液。將“花圃”——一張平坦的小

2、片放入溶液中，充入二氧化碳，再小心地調(diào)整反應(yīng)溫度，你的小花就可以在“花圃”上生長。 在所有的晶體生長都從碳酸鋇成核開始，這個過程會使pH降低。從高pH值的溶液開始，不斷注入二氧化碳，會發(fā)生以下反應(yīng)： Ba2+ + CO2 + H2O → BaCO3 + 2H+ 釋放的氫離子會不斷降低生長前端的pH，直到進入可析出二氧化硅晶體的pH范圍時，發(fā)生反應(yīng)： SiO32–+2H+→SiO2+H2O 因此，階段①實現(xiàn)的是碳酸鋇和二氧化硅的共沉淀。此階段中，在本體溶液pH較高時，碳酸鋇晶體生長得最好；在低pH的地方，晶體生長會被二氧化硅沉淀抑制。根據(jù)成核密度的不同，會生成三種不同的基態(tài)形狀。成核密度低的地方形成半球形，成核密度高的地方形成莖干形和錐形。高pH處晶體周圍的擴散域會控制其形狀。 隨著CO2的充入，本體溶液的pH逐漸降低。當(dāng)溶液低于二氧化硅生成的最佳pH，但仍高于SiO2析出所需的pH（pHSiO2）時，注入pH大于pHSiO2的本體溶液會促進二氧化硅的形成，抑制碳酸鋇晶體生長。為了保持生長前沿的低pH，階段②中碳酸鋇晶體傾向于沿著界面或蜷曲生長。最后，當(dāng)pH低于pHSiO2（階段③），二氧化硅逐漸停止析出，碳酸鋇晶體得以正常生長。