Nanostructured Surfaces Enhance Nucleation Rate of Calcium Carbonate

成核 材料科学 化学物理 微晶 碳酸钙 纳米尺度 结晶 化学工程 纳米结构 纳米技术 表面能 增长率 矿物学 化学 复合材料 冶金 有机化学 工程类 数学 几何学
作者
T.R. Armstrong,J. Schmid,Janne‐Petteri Niemelä,Ivo Utke,Thomas M. Schutzius
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202402690
摘要

Abstract Nucleation and growth of calcium carbonate on surfaces is of broad importance in nature and technology, being essential to the calcification of organisms, while negatively impacting energy conversion through crystallization fouling, also called scale formation. Previous work studied how confinements, surface energies, and functionalizations affect nucleation and polymorph formation, with surface‐water interactions and ion mobility playing important roles. However, the influence of surface nanostructures with nanocurvature—through pit and bump morphologies—on scale formation is unknown, limiting the development of scalephobic surfaces. Here, it is shown that nanoengineered surfaces enhance the nucleation rate by orders of magnitude, despite expected inhibition through effects like induced lattice strain through surface nanocurvature. Interfacial and holographic microscopy is used to quantify crystallite growth and find that nanoengineered interfaces experience slower individual growth rates while collectively the surface has 18% more deposited mass. Reconstructions through nanoscale cross‐section imaging of surfaces coupled with classical nucleation theory—utilizing local nanocurvature effects—show the collective enhancement of nano‐pits.
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