【博科园*科学科普】当德国的研究人员研究了在纳米尺度下溶解晶体的延时图像时，他们发现了一个令人惊讶的现象：在脉冲中，溶解发生了，而这些脉冲的特征是像池塘上的涟漪一样传播。首席研究员Cornelius Fischer说：我们看到的是波浪或环状物，他在不来梅大学教授Andreas Luttge的团队中进行了这项研究。在中间有一个坑，然后在这些坑周围是大规模迁移的环。这项研究已经发表在《美国国家科学院院刊》上。Fischer和Luttge专门研究矿物–流体相互作用，并在美国和德国合作了15年以上。
在日常生活中，溶解水晶就像把糖搅拌成一杯水一样简单。正如任何一个制作过冰糖的孩子都知道的那样，这个过程也反过来了：当水从杯子里蒸发时，糖的晶体就会形成。科学家们早就知道，晶体是通过一个连续的过程形成的，因为分子是由溶液沉积到正形成的固体的晶体晶格中。我们一直认为溶解是一个连续的过程，就像相反的晶体形成，当这些实验表明这不是一个连续的过程时，我们很惊讶，”费舍尔说。“相反，我们看到的是在这些凹坑周围发生的脉冲。
晶体的溶解在脉冲中发生，它的特征是像池塘上的涟漪一样传播。图片版权：MARUM – University of Bremen
这些脉冲清晰地显示在速率图中，高分辨率的静态图像捕捉了从晶体表面逐渐溶解的物质的速率。在MARUM的实验中，Cornelius Fischer修改了一种叫做“垂直扫描干涉测量法”的成像技术，该技术在2000年代早期在美国休斯敦的莱斯大学(Houston, U.S.)首创，用来制作“表面反应速率图”。费希尔说：这些地图显示了物质通量的分布，从而说明了表面的反应性（他是前马勒姆博士后研究员，现在是德国独立研究实验室Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf的研究小组的负责人）。在对速率图数据进行常规分析的过程中，我们发现了一个显著的表面反应模式的存在。这是对脉动率地图特征进行系统分析的起点。
利用最初的氧化锌和后来的碳酸钙样品，费舍尔制作的地图显示，在晶体表面的每一次倾斜和上升，都能达到1纳米的分辨率，也就是一米的十亿分之一。每一次扫描都收集了超过400万的测量数据，从一个不超过1平方厘米的表面进行测量。当晶体溶解的时候，将其表面的快照记录下来，以测量晶体溶解的速率，这是表面高度的函数。科学家们早就认识到微小表面缺陷在晶体溶解过程中的重要性。微小的divots被称为“腐蚀坑”，它暴露了晶体的边缘，增加了溶剂(如水)与晶体中的原子发生化学反应的可能性。这个过程类似于铁锈腐蚀钢铁。
当他们检查率地图为方解石溶解和氧化锌晶体,Luttge和费舍尔发现“有节奏的波动，被活性表面站点密度或解散脉冲传播环从腐蚀坑和螺丝混乱,就像涟漪,从一个卵石掉进池塘里。复杂的脉冲叠加决定了整体的结果，这一发现增加了科学家对晶体溶解的基本理解，并能帮助研究领域的研究人员，如防腐蚀和制药业。
