Новости

28 мая, 2018 13:55

Ученые УрФУ опишут, как выращивать кристаллы определенного размера

Коллектив ученых института естественных наук и математики УрФУ занимается исследованием фундаментальной проблемы теории фазовых переходов. Десять физиков и математиков изучают зарождение и рост кристаллов в переохлажденных жидкостях: пытаются понять, как выращивать кристаллы определенного размера в постоянно меняющихся условиях, чтобы получать определенные свойства этих кристаллов.
Фото: руководитель проекта Дмитрий Александров рассказал о ходе исследования и областях его практического применения. Источник: Степан Лихачёв

Практическое применение исследования огромно. Так, к примеру, зарождение и рост кристаллов контролируют такие процессы, как формирование необходимых свойств высокопрочных сталей, агрегирование в коллоидах и магнитных жидкостях, синтез белка (гормон роста человека), кристаллизация гемоглобина С, кристаллизация белков в сетчатке глаза (отвечает за образование катаракты) и другие.

«С помощью процесса объемной кристаллизации можно изготавливать медицинские препараты: кристаллы можно выращивать в пересыщенном растворе лекарственного средства, — поясняет руководитель проекта Дмитрий Александров. — Одна из актуальных задач — отводить кристаллы определенного размера. Наша задача — описать законы роста кристаллов. Найти эксперименты, сопоставить различные параметры, результаты математических моделей с тем, что наблюдают другие ученые, и выдать рекомендации, как можно выращивать кристаллы. То есть изучить динамические законы зарождения и роста частиц в метастабильной среде».

Одно из направлений исследования — теоретический учет эффекта нестационарного роста зародышей, который обеспечивается флуктуациями различной физической природы.

«Берем кружку с водой, которая всегда содержит примеси, и сильно переохлаждаем жидкость, к примеру, в холодильнике. Аккуратно вытаскиваем — вода жидкая. Потом придаем механическое возмущение, и вода мгновенно замерзает: возникают механические флуктуации — колебания — и на этих флуктуациях происходит очень быстрое рождение кристалликов, — поясняет Дмитрий Александров. — Они растут, взаимодействуют, смерзаются, и весь объем среды замерзает. Когда кристаллик растет в переохлажденной жидкости, он выделяет тепло. Это тепло изменяет распределение температуры вокруг кристаллика, которое нестационарно. Такой эффект нестационарного роста ансамбля частиц раньше не учитывался в теории зарождения и роста. Это одно из направлений теории, которое необходимо учитывать, поскольку от эволюции отдельных кристаллов зависит их финальное распределение по размерам».

Отметим, проект научного коллектива называется «Кинетика фазовых переходов в метастабильных системах: нуклеация и рост кристаллов с приложениями к кристаллизации биохимических соединений». На исследование этой тематики коллектив получил грант РНФ, который рассчитан до 2020 года.

29 марта, 2024
Химический дисбаланс в организме может привести к хроническим заболеваниям
Цифровую систему, с помощью которой можно оценивать риск развития социально значимых заболеваний, со...
29 марта, 2024
Российские ученые обучили ИИ подбирать эффективную защиту для глаз от лазерного излучения
Российские ученые разработали нейросеть для быстрой оценки способности материалов блокировать опас...