2021년 1월 22일, 도쿄대학대학원의 나카무라 에이치 특별교수 연구그룹이 지금까지 곤란했던 결정이 완성되는 순간의 촬영에 성공했다고 발표했습니다.
結晶はどうやってできる？その瞬間を見た！ - 東京大学 大学院理学系研究科・理学部
https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2021/7211/
結晶はどうやってできる？その瞬間を見た！ - 東京大学 大学院理学系研究科・理学部
2021/01/22 結晶はどうやってできる？その瞬間を見た！ 中村 栄一（化学専攻 東京大学特別教授／東京大学名誉教授） 中室 貴幸（化学専攻 特任助教） 灘 浩樹（産業技術総合研究所 環境創生
www.s.u-tokyo.ac.jp
Capturing the Moment of Emergence of Crystal Nucleus from Disorder | Journal of the American Chemical Society
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c12100
Capturing the Moment of Emergence of Crystal Nucleus from Disorder
Crystallization is the process of atoms or molecules forming an organized solid via nucleation and growth. Being intrinsically stochastic, the research at an atomistic level has been a huge experimental challenge. We report herein in situ detection of a cr
pubs.acs.org
균일한 용액에서 고체의 결정이 생성되는 결정화는 의약 및 재료 등 다양한 분야에서 필수적인 기술입니다. 그러나 지금까지 결정에서 원자배열 등의 구조가 밝혀져 온 반면, 결정화 현상의 초창기 과정인 핵생성은 기존의 실험방법에 의한 해석이 곤란했고, 시뮬레이션 등에 의한 이론연구 등에서 연구가 진행되어 왔지만 결정적인 성과를 얻을 수 없었다고 합니다. 이번 나카무라 교수의 연구그룹은 원자 하나하나를 구분하여 관찰할 수 있는 '원자분해능투과 전자현미경'이라는 특수한 전자현미경을 이용하여 관찰하였고, 결정화의 순간과 성장과정을 영상에 담는데 성공했습니다.
나카무라 교수의 연구그룹은 염화나트륨(NaCl) 수용액을 원뿔형상의 카본나노튜브(CNT)에 내포한 후 건조하여 물을 제거함으로써 CNT 내부의 NaCl이 진공 하에서 결정화하는 모습을 촬영했습니다. 이 촬영은 원뿔이라는 특수한 형상이 CNT의 끝자락에서 NaCl의 핵생성을 유도하고 CNT의 나노미터 크기의 내부공간이 분자의 확산을 억제함으로써 달성된다는 것.
아래의 동영상에서 CNT의 끝자락에서 1나노미터 크기의 NaCl 결정핵이 반복적으로 생성되는 양상을 확인할 수 있습니다.
9回繰り返すNaClの結晶化スローモーション映像 - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=SK6PCPVPja8
또한 이번 연구에서 결정화 이전의 분자집합체가 유동적으로 구조를 변화시키면서 무질서한 구조와 결정에 유사한 질서있는 구조를 오가고 있다는 점도 밝혀져, 핵형성 과정에서 분자집합체의 크기뿐만 아니라 그 구조역학이 중요한 역할을 한다는 것을 시사하고 있다고 연구팀은 말합니다.
핵형성에 걸리는 시간은 매회 2초~10초로 재현성이 있어 "적절한 공간을 설계함으로써 제어가 곤란했던 핵형성 과정을 원자 수준의 정밀한 제어가 가능하다는 것을 나타낸 것이며, 결정 크기 및 결정다형제어기법으로의 전개가 예상된다"고 말합니다. "원하는 모양이나 성질을 가진 신소재를 분자 수준에서의 관찰을 바탕으로 설계 · 개발하는 등 혁신적인 분자기술로의 응용이 기대된다"고 전망합니다.
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