Международная группа ученых впервые провела наблюдение за процессом образования кристаллического геля на масштабах отдельных частиц. Это позволило более детально понять процессы, происходящие при образовании таких структур. Исследование опубликовано в журнале Nature Materials.

Гели представляют собой твердый каркас и находящуюся в нем жидкую дисперсионную среду. В своей работе для создания кристаллического геля ученые сначала создали коллоидный раствор из полимерных частиц размером около двух микрометров с добавлением специального притягивающего полимера. Помимо этого ученые пометили эти частицы специальным флуоресцентным веществом-маркером.

Процесс образования кристаллической структуры. Hideyo Tsurusawa et al. / Nature Materials, 2017

Дело в том, что для наблюдения за процессом образования кристаллического геля исследователи использовали конфокальную микроскопию. Она основана на облучении образца лазерным излучением, которое возбуждает в нем флуоресцентное излучение. Такой метод позволяет достичь значительно большего пространственного разрешения, чем у обычных световых микроскопов, особенно по глубине. На основе данных с микроскопа ученые создали трехмерную модель.

Видео, наглядно объясняющее принцип работы флуоресцентной и конфокальной микроскопии

Изначально частицы коллоидного раствора отталкивались друг от друга из-за электростатического отталкивания. Чтобы превратить их в кристаллический гель, ученые добавляли раствор соли, который нивелировал отталкивание. Ученые выяснили, что при больших концентрациях полимера образуется гель, в котором коллоидные частицы образуют каркас с неупорядоченной структурой. Однако, если точно подобрать концентрацию полимера, они могут образовать пористую кристаллическую структуру. Исследователи считают, что этот результат поможет в понимании механизмов кристаллизации и создании новых микропористых материалов.

Изображения с конфокального микроскопа (сверху) и трехмерная модель образования кристаллического геля. Hideyo Tsurusawa et al. / Nature Materials, 2017

Процессы кристаллизации жидкостей все еще не до конца изучены, и ученые открывают в этой области все новые механизмы. К примеру, в прошлом году группа физиков обнаружила аномальные режимы кристаллизации в переохлажденной жидкости. 

Автор: Григорий Копиев