От эволюции отдельных кристаллов зависит их финальное распределение по размерам, — ученые УрФУ
Ученые института естественных наук и математики Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) исследуют аспекты теории фазовых переходов — десять уральских физиков и математиков изучают зарождение и рост кристаллов в переохлажденных жидкостях, пытаясь понять, как выращивать кристаллы определенного размера в постоянно меняющихся условиях, чтобы получать определенные свойства этих кристаллов.
В чем практическое применение
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, выращивая кристаллы в пересыщенном растворе лекарственного средства, — поясняет руководитель проекта Дмитрий Александров. — Одна из актуальных задач — отводить кристаллы определенного размера. Мы описываем законы роста кристаллов, изучаем, как протекает зарождение и рост частиц в метастабильной среде».
Одно из направлений исследования — теоретический учет эффекта нестационарного роста зародышей, который обеспечивается флуктуациями различной физической природы.
В домашних условиях
Дмитрий Александров предлагает небольшой домашний эксперимент, который позволит понять суть исследования. Возьмите кружку с обычной водопроводной водой и охладите ее, просто поместив в холодильник. Затем придайте механическое возмущение — стукните по кружке рукой, и вода мгновенно замерзает. Это объясняется тем, что механические флуктуации — колебания — приводят к быстрому рождению кристалликов. Те взаимодействуют и весь объем среды замерзает.
Подробнее об эксперименте — в видео WOL
«Когда кристаллик растет в переохлажденной жидкости, он выделяет тепло. Это тепло изменяет распределение температуры вокруг кристаллика, которое нестационарно, — объясняет ученый УрФУ. — 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, коллектив проекта научного коллектива «Кинетика фазовых переходов в метастабильных системах: нуклеация и рост кристаллов с приложениями к кристаллизации биохимических соединений» получил грант РНФ до 2020 года.
УрФУ — участник Проекта 5-100, ключевым результатом которого должно стать появление в России к 2020-му году современных университетов-лидеров с эффективной структурой управления и международной академической репутацией, способных задавать тенденции развития мирового высшего образования.
