Khi một dung dịch bay hơn, các chất hóa học sẽ tập trung lại đến khi tạo thành một tinh thể. Quá trình tạo thành tinh thể này được gọi là sự kết tinh. Các ngành công nghiệp sử dụng tinh thể nhỏ như dược phẩm, thực phẩm và vi điện tử đang nỗ lực tìm hiểu thêm về hiện tượng này.


Nguồn ảnh: AIP Advances

Khi nghiên cứu sự kết tinh, các nhà khoa học thường sử dụng các giọt nhỏ có kích thước hiển vi làm mẫu vật thí nghiệm. Các giọt nhỏ này chạy rất nhanh, song song với nhau trong một không gian nhỏ. Tuy nhiên, những thí nghiệm như vật yêu cầu hình ảnh thu được phải có độ phân giải cao để hạn chế tối đa số lượng hình ảnh giọt nước được xử lý cùng lúc.

Đồng thời, các nhà nghiên cứu đã vượt qua thử thách về độ phân giải bằng cách tập trung đánh giá độ tương phản giữa các giọt và các vật chất xung quanh chúng. Kĩ thuật này, được đăng tải trên tạp chí AIP Advances, cho ra phương pháp chính xác và hiệu quả nhất để nhận diện sự kết tinh.

Sự cấu thành tinh thể là một quá trình dao động hiển nhiên, và việc ước tính khoảng thời gian một chu trình diễn ra đòi hỏi các mô hình tăng trưởng ghi nhận từ thời gian tinh thể bắt đầu phát triển đến một kích thước xác định được. Khoảng thời gian này có thể kéo dài từ một vài phút đến vài giờ.

Để xác định được thời gian tinh thể hình thành trong một giọt siêu nhỏ, nhóm nghiên cứu rải một mạng lưới gồm các giọt nước muối siêu nhỏ bao phủ bởi một lớp dầu. Nước khi kết hợp với dầu ở tỉ lệ này sẽ rất dễ bay hơi, do đó nước bắt đầu bốc hơi vào môi trường xung quanh, mô phỏng quá trình thoát hơi nước.

Các nhà nghiên cứu sẽ chuyển đổi hình ảnh của mỗi giọt và môi trường xung quanh thành một dạng vô hướng, với độ lệch tiêu chuẩn của độ xám do pixel rồi ghi lại các giá trị này khi có sự thay đổi. Khi tinh thể được hình thành, sự tồn tại của nó sẽ khiến hệ số khúc xạ vốn đang chạy rất đều dao động, với biểu hiện là độ xám tăng đột biến. Điều này giúp các nhà khoa học đo lường một cách chính xác thời gian kết tinh mà không phải làm tinh thể tiêu biến hay đưa ra phỏng đoán. Thú vị hơn, hàm lượng muối cao trong các giọt siêu vi tạo ra sự tăng trưởng cực ấn tượng, rút ngắn 0.5 giây hoặc ít hơn trong khoảng thời gian chênh lệch giữa việc phát hiện và thời gian kết tinh thật.

Mỗi giọt nhỏ cũng sẽ tiêu biến trong một thời gian ngắn khi chỉ số khúc xạ của nó trùng với hệ số của môi trường xung quanh. Điều này luôn xảy ra trong các hệ thống có cùng mật độ và có thể được đoán trước. Các nhà nghiên cứu mong muốn phát triển một mô hình đánh giá mật độ tập trung giữa thời gian giọt dung dịch biến mất và thời gian kết tinh. Mô hình này có thể sẽ cho phép họ giải mã những giả thuyết về sự hình thành tinh thể trong tương lai.

Nguồn:https://phys.org/news/2018-07-method-nucleation.html#jCp