《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(huì)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(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b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?cè)趯?shí)驗(yàn)室中得到了微米級(jí)別的、形狀如花一般的晶體。借鑒自然界中硅藻和鮑魚(yú)殼的形成過(guò)程，來(lái)自哈佛大學(xué)的晶體生長(zhǎng)研究科學(xué)家維姆·諾度因（Wim Noorduin）及其團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室中晶體生長(zhǎng)的方法——通過(guò)改變?nèi)芤旱臏囟?、酸堿度以及二氧化碳的濃度，實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)過(guò)程的可控。
一切復(fù)雜源于簡(jiǎn)單，自然界中的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)與有機(jī)分子的相互作用可以生成層次分明的高功能化材料，實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)。
在所有的晶體生長(zhǎng)都從碳酸鋇成核開(kāi)始，這個(gè)過(guò)程會(huì)使pH降低。從高pH值的溶液開(kāi)始，不斷注入二氧化碳，會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)：
Ba2+ + CO2 + H2O → BaCO3 + 2H+
釋放的氫離子會(huì)不斷降低生長(zhǎng)前端的pH，直到進(jìn)入可析出二氧化硅晶體的pH范圍時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：
SiO32–+2H+→SiO2+H2O
因此，階段①實(shí)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(shí)，碳酸鋇晶體生長(zhǎng)得最好；在低pH的地方，晶體生長(zhǎng)會(huì)被二氧化硅沉淀抑制。根據(jù)成核密度的不同，會(huì)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(kuò)散域會(huì)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(shí)，注入pH大于pHSiO2的本體溶液會(huì)促進(jìn)二氧化硅的形成，抑制碳酸鋇晶體生長(zhǎng)。為了保持生長(zhǎng)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(zhǎng)。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(zhǎng)。
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