인터페이스-기반 핵 생성 및 조립을 통한 자가 유사 메조결정(Mesocrystal)

결정화(Crystallization) 과정은 재료 과학(Materials science)과 자연계 모두에서 중요하다. 자체 부착(Oriented attachment)은 결정 시드(Crystal seeds)가 확립된 결정에 부착되어 결정 성장을 일으키는 과정을 말한다. 본 논문에서는 옥살산 이온(Oxalate ions)이 존재하는 적철광(Haematite) 모델 시스템에서 자체 부착 메커니즘을 제시하였다. 첫 번째 적철광 핵이 형성됨에 따라 옥살산 유기 리간드(Ligand)는 표면에 흡착되어 직경이 수 나노미터 이상인 성장을 억제하고 과포화를 증가시키고 하전 입자 경계면 근처에서 화학적 구배를 형성시킨다. 증가된 과포화는 벌크(Bulk) 용액에서 볼 수 있는 것과 비교하여 메조결정(Mesocrystal) 표면 근처에서 새로운 입자의 핵 생성 속도를 증가시킨다. 한편 화학적 구배는 장벽이 없는 인력의 입자 간 전위를 생성하여 핵 생성 후 새로운 입자가 결정학적 공동 정렬로 시드에 즉시 부착된다. 저자들은 그 과정이 반복되어 궁극적으로 정렬된 메조결정으로 이어진다고 제안하였다. 제안된 메커니즘은 일련의 전자 현미경 기술을 사용하는 일련의 관찰을 기반으로 한다. 또한 이미징 및 시뮬레이션을 이용하여 입자-용액 인터페이스에서 종화(Speciation)를 탐색하고 적철광 입자 간의 상호작용 가능성을 결정한다. 이 연구는 자연 환경에서 결정화 과정을 이해하는 데 도움이 될 수 있으며, 표면 기능화를 통해 결정화를 제어하는 ​​새로운 경로를 제안한다.