增长模型解决神秘独特的化学花园

一个不寻常的数学模型已经重新创建复杂的晶体生长的化学模式花园,最后解释这些美丽的,栩栩如生的结构形式。

这些有趣的科学家就对无机晶体的形成数百年,创建这些沉淀的化学反应是容易理解的。当你把一个金属盐晶体在硅酸钠溶液-也称为水玻璃-它开始溶解。这在晶体形成一个薄的皮肤,主要是由不溶性金属氢氧化物,解释道奥利弗小羚羊,微观结构在佛罗里达州立大学的化学家,我们。在工作的同时,渗透,推动水通过半透膜。这个建筑的压力最终导致小漏洞,拍摄出的盐溶液喷射。围绕这些飞机,管我们的化学花园开始成形。

先前的理论研究试图解释的独特形状由这个简单的反应,但这些引人注目的和复杂的水晶存款已被证明难以准确模型,底层物理机制,确定化学花园的结构仍然是一个谜。化学本身很简单——它的化学与物理之间的相互作用使化学花园如此复杂,“Julyan卡特赖特解释说,一个动力系统在西班牙格拉纳达大学的物理学家如是说。有三件事:化学,有膜形成的固体力学和流体流动的渗透。就不可能严格的基本力学这些系统。

简化造型越来越化工园、小羚羊的团队开发了一个更高级别的算法称为细胞自动机模型,它使用系统的已知特征来预测未来的结果。团队定义一系列的规则决定个体的生长膜在化学花园,应用这些条件在一系列时间间隔的调查总体结构的发展。在2 d模型,化学花园(C)形式通过注射盐溶液(B)成薄薄一层(a)水玻璃,模仿一个网格,每个点代表一个B或C,“小羚羊解释道。“我们假设我)的A和B创建C和邻近ii)与每一个时间步,添加一个新的B站点的解决方案注入,C向外移动。”

团队慢慢增加模型的复杂性,调整现有的规则来模拟系统在三维空间中,占额外的浮力和反应速率等物理参数。这些分析确定膜老化作为主要过程形成不同结构在实验中,用年轻的材料创造更多复杂的丝状的形状。“新鲜材料出现弹性,可以扩大面积和质量不可逆转地通过微小的漏洞,使反应物接触的解决方案形成额外的材料。旧的材料更脆弱,往往形式单一,较大的漏洞,说小羚羊。”这一发现意义重大,因为它允许我们考虑设计材料,可以应对环境变化,夏枯草,甚至成长,就像生物。”

卡特赖特是印象深刻的范围小羚羊的模型和好奇,看看这项工作将转化为其他系统。这种类型的模型是大型参数空间探索的能力。您可以调整和改变参数,看看改变了形式的产品你做,”卡特赖特说。我认为这将是有趣的探索的极限参数符合模型以及如何帮助我们了解生命的起源或自然系统,如热液喷口。

小羚羊的团队目前正在致力于扩大细胞自动机模型包含额外的参数在更多样的系统和使用这些知识来研究这些材料在生命起源以前的化学的作用——这可以揭示生命的起源。