A cristalização é a montagem de átomos ou moléculas em cristais sólidos altamente ordenados, que ocorre naturalmente, biológico, e sistemas artificiais. Contudo, cristalização em espaços confinados, como a formação da casca protéica de um vírus, é mal compreendido. Os pesquisadores estão tentando controlar a estrutura do cristal final formado em um espaço confinado para obter cristais com as propriedades desejadas, o que requer conhecimento profundo do processo de cristalização.

Um grupo de pesquisa do Instituto de Ciência Industrial, a Universidade de Tóquio e a Universidade Fudan, liderado por Hajime Tanaka e Peng Tan, usou uma gota de um colóide - uma dispersão de partículas líquidas em outro líquido, como o leite - como um modelo para átomos ou moléculas individuais em uma esfera. Ao contrário de átomos ou moléculas individuais, que são muito pequenos para serem facilmente observados, as partículas colóides eram grandes o suficiente para serem visualizadas em um microscópio. Isso permitiu aos pesquisadores rastrear a ordem de partículas individuais em tempo real durante a cristalização.

"Visualizamos o processo de organização das partículas coloidais em inúmeras gotículas sob diferentes condições para fornecer uma imagem do processo de cristalização em uma esfera, "diz Tan.

Com base em suas observações, a equipe propôs que o processo de cristalização envolvesse três etapas:ordenação inicial na "pele" da superfície da gota, nucleação e crescimento no núcleo da gota, e então lento amadurecimento de toda a estrutura. Primeiro, uma pele que consiste em uma única camada de partículas coloidais ordenadas rapidamente formadas na superfície da gota. Próximo, a cristalização ocorreu no núcleo da gota, longe da pele cristalizada. A competição entre a cristalização nessas duas regiões controlou a estrutura do cristal final.

Os pesquisadores descobriram que as interações "suaves" (de longo alcance) entre as partículas coloidais carregadas negativamente afetaram sua organização e a estrutura cristalina resultante. Essas interações suaves são dominadas pela cinética, isso é, as interações que formam o mais rápido, em vez de aqueles que usam menos energia para dar a estrutura termodinamicamente estável, ilustrando que a cinética desempenha um papel importante na cristalização em um espaço confinado. Já se sabia que a termodinâmica contribui fortemente para a estrutura final dos cristais. As descobertas da equipe confirmaram que a cinética também é integral, promovendo nosso conhecimento de cristalização em espaços confinados.

"Esta pesquisa aprofunda nossa compreensão do processo de cristalização em sistemas geometricamente restritos, os principais pesquisadores um passo mais perto de alcançar o crescimento controlado de cristais em uma escala muito pequena, "explica Tanaka.

O conhecimento detalhado do processo de formação de cristais em sistemas confinados pode permitir cristais com estruturas projetadas, como nanopartículas para aplicações eletrônicas específicas, para ser obtido, dando aos pesquisadores maior capacidade de controlar a estrutura e, portanto, as propriedades de materiais valiosos.

O artigo "Cinética de seleção morfológica da cristalização em uma esfera" é publicado em Física da Natureza .