Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Nanoconfined crystal growth and dissolution

Tildelt: kr 9,0 mill.

Vekst og oppløsning av krystaller i nanometer-rom Bygningsstein og sement forvitres av saltspreng. Saltspreng er krystaller som vokser og presser opp sprekker inne i materialet. i 150 år har vitenskapsfolk diskutert hvordan denne krystallisasjonskraften virker, men siden det er vanskelig å gjøre godt kontrollerte eksperimenter mangler vi grunnleggende kunnskap om denne prosessen. Dette forskningsprosjektet brukte eksperimenter og numerisk modellering for å utforske de grunnleggende mekanismene til prosessen på nanoskala: Hvordan vokser krystallen der den bare er noen nanometer fra andre faste flater? Vi har utviklet en matematisk modell som har blitt brukt til å gjøre datamaskinsimuleringer av krystallvekst og oppløsning når en annen flate trykker på krystallen. Vi har slått fast at denne mikroskopiske modellen gir resultater som stemmer overens med termodynamikken og med eksperimentene våre. Eksperimentene bruker en optisk teknikk til å studere hvordan krystallen vokser i kontaktflaten mot en glassflate. Ved bruk av mikrofluidikk og veldig god optikk og et veldig lysfølsomt kamera har vi klart å se hvordan forskjellige typer krystaller vokser atomlag for atomlag. Dette har gitt hos helt nye og overraskende innsikt i hvordan prosessen foregår. Resultatene fra prosjektet kan forhåpentligvis brukes til å forutsi og kontrollere saltspreng og annen krystallvekst i nanometer-begrensede geometrier.

Growth and dissolution at stressed, confined crystal surfaces have been discussed for 150 years. The existence of a nanoconfined water film at the stressed interface that mediates crystallization, dissolution and material transport has been thoroughly con firmed experimentally, theoretically and by simulation. We have recently performed experiments showing that nanoconfined growth surfaces are rough. This contradicts theoretical results that predict smooth nanoconfined growth surfaces. We will explain the discrepancies between experiment and theory and suggest two hypotheses that will guide the project: 1. Nanoconfined crystal growth/dissolution roughness is controlled by lower energy state and lower activation energy to growth/dissolution of molecules in surface separations smaller than 1 nm. The net outcome may be to enhance the growth rate or reduce the dissolution rate in load bearing contact points relative to other parts of the surface at separations of more than 1 nm and thus to destabilize surface s that would otherwise be flat. 2. By changing the fluid ionic properties, pH and crystal surface properties the disjoining pressure between nanoconfined surfaces may be reduced sufficiently to expel the water film confined between the reactive surfaces and nanoconfined crystal growth/dissolution stops. We propose that the only way to obtain a new, fundamental understanding is to combine and quantitatively compare experiments, simulation and theory. The microfluidic/imaging and AFM experiments, the kine tic Monte Carlo and Molecular Dynamics simulations and the continuum theory that we propose to employ will also put us in a unique position internationally to perform both fundamental and applied research in this area in the future.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek