微流體環境中晶體成核過程的分子組裝機理及其模型

《微流體環境中晶體成核過程的分子組裝機理及其模型》是依託天津大學，由郝紅勛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：微流體環境中晶體成核過程的分子組裝機理及其模型
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郝紅勛
• 依託單位：天津大學

項目摘要

晶體成核直接決定著晶體產品的最終形狀和結構等性質,是結晶過程最關鍵的步驟。由於常規實驗條件下成核過程會在瞬間形成大量晶核，因此目前科學家尚沒有找到準確測量晶體成核速率的有效方法，也沒有弄清晶體成核過程的分子組裝機理。相對常規實驗條件,微流體具有高過飽和度、無對流、低雜質含量等特殊性質,能夠為晶體成核過程研究提供一個更為理想的環境，但目前關於微流體中晶體成核的系統研究尚未見文獻報導。為進一步了解晶體成核過程的分子組裝機理並進而找到有效控制晶體成核過程的方法，本項目將利用微流體環境中的上述特殊性質，以基礎數據比較全且具有多晶型現象的硝酸鉀和對氨基苯甲酸為具體研究對象，通過實驗研究、理論分析和計算機模擬相結合的方法，對微流體中的晶體成核過程進行系統研究。力爭通過本項目研究，開發晶體成核速率測量新方法，從微觀層次揭示晶體成核過程的分子組裝機理，並進而建立其模型，為晶體成核過程的控制提供技術支撐。

結題摘要

晶體成核直接決定著晶體產品的最終形狀和結構等性質,是結晶過程最關鍵的步驟。由於常規實驗條件下成核過程會在瞬間形成大量晶核，因此目前科學家尚沒有找到準確測量晶體成核速率的有效方法，也沒有弄清晶體成核過程的分子組裝機理。相對常規實驗條件,微流體具有高過飽和度、無對流、低雜質含量等特殊性質,能夠為晶體成核過程研究提供一個更為理想的環境。因此，本項目利用微流體環境中的上述特殊性質，通過實驗研究、理論分析和計算機模擬相結合的方法，對微流體中的晶體成核過程進行了系統研究。課題首先對模型化合物進行了篩選, 測定和分析了模型化合物的熱力學和多晶型等基本特性, 然後對形成微流體環境的裝置結構進行了設計，考察了微流體設備內部結構、尺寸及操作條件對液滴形成和流動形態的影響，找到了為結晶過程研究提供合適微流體環境的方法和手段。接下來，以十二水硫酸鋁鉀等為模型化合物，以與水相（十二水硫酸鋁鉀）不互溶的矽油作為油相，通過調節兩相流體相對流速，將水相分割成獨立小液滴，篩選出了適合研究結晶成核過程的流速條件，進而在獨立微環境中對成核過程進行了系統研究。通過統計液滴內晶體成核的機率，快速、準確地獲得了晶體成核速率並建立了其理論模型。然後，以具有多晶型的L-谷氨酸等為具體研究對象，通過控制流體在通道內的不同流動形態，研究了微流體不同流動形態所引起的混合強度對晶體成核和晶型的影響，確定了微流體環境中各種操作參數對晶體成核及產品最終晶型的影響規律。最終，將微流體環境中晶體成核結果與常規實驗條件下的結果進行了對比，總結了微流體環境套用於結晶過程研究的優勢。通過本項目研究，在國內外高水平學術期刊發表SCI檢索論文17篇， 申請並授權了發明專利4項，培養3名博士研究生，6 名碩士研究生。本項目研究成果為將微流體環境套用到晶體產品的高效、快速生產中提供了重要的理論指導意義。