认识一种结晶——通过搅拌来控制材料

　　非结构化的非晶材料转变为结构化的晶体材料一般通过将其加热到转变温度以上来引起。晶体材料在器件等技术中非常重要，因此控制晶体形成的另一种方法引起了材料科学家们的极大兴趣。研究人员发现，如果以一定的频率搅动非晶材料，其可以在比传统转变温度更低的温度下更易发生结晶。因此，搅拌是一种替代温度的控制材料结晶的可能的方法。

　　大阪大学的一个研究小组决定弄清楚非晶态固体的搅动和结晶之间的关系。为了帮助他们的研究，他们使用胶体（小颗粒）系统来模拟原子材料，因为与原子相比，胶体的大颗粒尺寸和长弛豫时间更容易测量。

　　“我们从溶液中的二氧化硅微球来制备胶体玻璃，然后在不同的频率下进行振荡，”第一作者Nobutomo Nakamura解释说。“然后我们用共焦激光扫描显微镜来观察所得到的结构。”

　　该小组确定了一个特定的频率，在这个频率下他们的系统的结晶会加速。他们通过测定其局域键取向序参数来确定体系在不同频率下的结晶程度。只有当系统在大约75赫兹的频率下被搅动时，此参数的值才会大幅度增加，表明一个更高的结晶度。

　　“我们的研究结果表明，有一个特定的振动模式，有利于胶体的结晶，”Nakamura说。

　　研究人员随后确认，结晶发生的频率取决于系统中粒子之间的相互作用。他们在系统中加入一种聚合物来改变粒子间的相互作用力，从而导致结晶频率增加。研究小组通过将结晶频率与颗粒振动运动的时间尺度联系起来解释了他们的发现。他们提出，系统的搅拌频率与形成晶体结构的粒子的运动相匹配时，有助于它们的集结运动，从而加速结晶。

　　这些发现表明，有可能可以通过在特定的频率上搅拌，而不是将其加热到转变温度之上，来控制非晶态体系的结晶。这可以使晶体材料在较低的温度下形成，这在器件制造中非常有用。