在液态金属溶剂中生长的晶体显示出复杂、对称的金属结构，与雪花惊人地相似……以及从有机燃料中生产氢的催化材料的潜在应用。
液态金属是神秘的金属溶剂。
unsw领导的一项关于金属晶体在液态金属溶剂中生长的新研究发现，液态金属溶剂与更熟悉的晶体生长环境(如水或大气)之间存在相似性和差异，在这种环境中，雪花或溶解物质的晶体形成。
我们可以在高温下将大量糖溶解在水中。但随着水(溶剂)冷却，它变得过饱和，溶解的糖越来越少，所以不能溶解在溶剂中的多余的糖就会以晶体的形式出现——首先是许多小晶体，然后这些糖晶体随着时间的推移越来越大。
不同形状的锌晶体生长取决于生长时间和锌浓度
这项新工作揭示了在液态金属溶剂中也可以看到类似的晶体形成现象，尽管存在显著差异。
液态金属可以直接溶解许多金属元素。就像在水中溶解一样，过量的溶质元素在液态金属溶剂中形成了小晶体。然后它们会长成更大的晶体，就像水中的糖晶体一样。
然而，水和液态金属之间有一个重要的区别:液态金属与晶体的金属表面发生强烈的相互作用，形成优先的生长方向，从而形成特殊的晶体形状，而这种相互作用具体取决于溶剂和溶质的金属性质。
与发生在水中的其他相互作用相比，这些是“金属”相互作用。
在液态金属中，我们可以形成不同形态和形状的金属晶体。我们甚至可以同时溶解多种金属元素类型。
新南威尔士大学的唐剑波博士(左)和Kourosh Kalantar-zadeh教授
其中一个挑战是液态金属的高表面张力。在液态金属内部容易制造金属晶体，但其表面张力高，很难取出。新的研究表明，通过施加电压可以降低这种有问题的表面张力，然后可以将合成的晶体完整地从液态金属溶剂中去除。
研究报告的主要作者唐剑波博士(新南威尔士大学)说:“这与‘变形金刚’电影中的人物有相似之处。”
在电影中，所有的生物都是由母星“塞伯坦”上的金属制成的，在那里一切也是由金属制成的。所以这个星球上的主要溶剂也应该是液态金属，而不是水。”
科学家们被晶体的物理外观所震撼。
“我们展示了如何在液态金属中制造出不同晶体结构的美丽的金属雪花，”通讯作者库罗什·卡兰塔尔-扎德教授说。“这些金属实体和天然雪花之间的形态和生长的相似性是惊人的，”库罗什(新南威尔士大学，现为悉尼大学)说。
在自然界中，雪花会长成迷人的、多样的、对称的六支形状。在液态金属溶剂中，当锌溶解并在液态镓中结晶时，产生的锌晶体显示出高度的结构多样性和对称性，与雪花惊人的相似。
该策略为从液态金属溶剂中创建高结晶、形状可控的金属或多金属精细结构提供了一般路线。在未来的工作中，该团队将转向面向应用的金属晶体合成及其结构微调。
这项研究
液态金属合成金属晶体的溶剂于2022年12月8日发表在《科学》杂志上。(DOI: 10.1126 / science.abm2731)
这项工作代表了新南威尔士大学悉尼分校FLEET研究人员与澳大利亚国立大学和RMIT的同事之间的合作MacDiarmid研究所(新西兰)。
以及由澳大利亚研究理事会作者承认皇家学会Te Apārangi的马斯登基金(新西兰)，新西兰科学基础设施(NeSI)高性能计算设施和新南威尔士大学Tyree微型CT成像设施。
更多的信息
- 联系Kourosh Kalantar-zadeh教授(新南威尔士大学悉尼大学)k.kalantar-zadeh@unsw.edu.au
- 联系唐建波博士(新南威尔士大学)jianbo.tang@unsw.edu.au
- 联系A/ Torben Daeneke教授(皇家墨尔本理工大学)torben.daeneke@rmit.edu.au
- 联系Nicola Gaston教授(MacDiarmid研究所)n.gaston@auckland.ac.nz
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