La croissance des cristaux est devenue un peu plus facile grâce au travail d'une équipe internationale de Virginia Tech, Université de Harvard, et AMOLF, géré par la Fondation pour la recherche fondamentale sur la matière Institut AMOLF) aux Pays-Bas.

L'équipe comprenait Ling Li, professeur adjoint de génie mécanique au Collège d'ingénierie.

Les travaux du groupe sont récemment parus dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ) avec Li comme premier auteur. La recherche sur la nucléation et la croissance contrôlées des cristaux fournira des informations pour la compréhension, imiter, et finalement étendre les stratégies de minéralisation de la nature pour développer des structures microscopiques fonctionnelles.

La croissance des cristaux a joué un rôle important dans la tentative d'imiter la formation minérale biologique en tant que structures biominéralisées dans la nature, comme des coquillages et des os, qui sont beaucoup plus durables et avancés que ceux créés synthétiquement aujourd'hui. En utilisant l'un des deux paramètres de contrôle, sursaturation ou désadaptation du réseau du noyau, les chercheurs pourraient contrôler la nucléation et la croissance des cristaux à base de carbonate.

"Notre recherche a réussi à combiner à la fois la super-saturation locale et le décalage de réseau pour favoriser plus efficacement la nucléation des cristaux, " a déclaré Li. "En démontrant le contrôle des deux paramètres, nous pouvons diriger le positionnement et la direction de croissance des composés cristallins sur des substrats spécifiques."

L'inadéquation du réseau substrat/noyau fait référence à la différence d'alignement cristallin entre le cristal en croissance sur un substrat particulier, tandis que la sursaturation locale indique que la concentration de la matière dissoute autour d'une structure cristalline en croissance immergée dans le solvant est supérieure à sa limite de solubilité.

"La motivation de ce travail est de comprendre comment se forment les structures minéralisées biologiques - comme les coquillages, " dit Li. " Un coquillage est principalement fait de craie, qui est évidemment cassant et faible, mais la nature organise la structure de manière à la rendre très forte."

Le groupe de recherche collaboratif travaille à expliquer la base structurelle clé des propriétés mécaniques et à comprendre leurs voies de formation pour le développement de matériaux structurels bio-inspirés à l'avenir.

La partie du projet de Li se concentre sur les structures interfaciales entre le substrat sous-jacent et les cristaux envahis et sur la façon dont les structures peuvent se développer différemment dans différentes conditions.

En utilisant un exemple de trois structures cristallines différentes de carbonate de calcium (les biominéraux les plus abondants trouvés dans la nature) comme substrats, l'équipe a déterminé qu'en modifiant l'emplacement de la réaction de cristallisation qui a lieu dans un solvant, ils pourraient affecter à la fois la super-saturation et l'inadéquation du réseau substrat/noyau et de cette manière, nucléer et diriger la croissance des cristaux dans un endroit et une direction spécifiques.

« En essayant de comprendre comment ces structures sont organisées, on peut tenter d'imiter la nature avec des matériaux synthétiques et améliorer les propriétés mécaniques, " dit Li.

L'une des prochaines étapes de la recherche verra Li diriger le même groupe pendant qu'ils observeront la formation des cristaux sous un faisceau de rayons X qui enregistrera l'ensemble du processus de croissance.

"Nous voulons voir comment les cristaux se développent à une résolution nanométrique, pour mieux comprendre comment les paramètres de croissance contrôlent la morphologie des cristaux, et peut-être plus d'informations sur la façon dont les systèmes biologiques fonctionnent pour contrôler la morphologie, ce qui est extrêmement important en termes de leurs propriétés.