Ученые из Университета Бристоля впервые наблюдали образование кристаллического геля в высоком разрешении, что позволило им изучить условия, в которых формируются эти материалы. В ходе исследования выяснилось, что кристаллы растут по той же стратегии, что и кристаллы льда в облаках. Работа была опубликована в журнале Nature Materials.

Кроме того, исследовательская группа смогла создавать губчатые кристаллы непрерывно. Такие кристаллы с порами размером около нанометра изготавливаются без распада сплава, и поэтому могут быть использованы для фильтрации, зондирования и ряда других функций.

Для получения кристаллически-гелевых структур исходный гель должен пройти структурную перестройку, в ходе которой связи между коллоидными частицами разрушаются. Это помогает высвободить внутреннее напряжение, накопленное во время быстрого роста геля – этот процесс назвали «driven aging».

В ходе эксперимента коллоидные частицы смешивали с короткими полимерными цепями в хорошем растворителе. Полимеры вызывают эффективное притяжение между коллоидными частицами, которые в начале эксперимента отталкивались друг от друга из-за электростатического отталкивания. Чтобы увеличить притяжение коллоидов, образец контактирует с соляным раствором через полупроницаемую мембрану. Соль проникает через эту мембрану, убирает электростатическое отталкивание коллоидных частиц, и те начинают собираться.

После этого исследователи обратили внимание, что кристаллизация геля напоминает образование кристаллов жидкости в облаках.

За процессом ученые наблюдали с помощью конфокального микроскопа, который быстро сканирует образец, и исследователи могут восстановить координаты коллоидных частиц с помощью анализа изображений и изучить, как эти частицы движутся в течение нескольких часов.