Chemical composition from photos: Dried solution drops reveal a morphogenetic tree

蒸发 作文(语言) 结晶 盐(化学) 化学成分 非平衡态热力学 蒸发岩 化学 化学物理 矿物学 热力学 材料科学 物理 物理化学 有机化学 语言学 哲学 碳酸盐
作者
Bruno C. Batista,Semhare D. Tekle,Jie Yan,Beni B. Dangi,Oliver Steinbock
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (27)
标识
DOI:10.1073/pnas.2405963121
摘要

Under nonequilibrium conditions, inorganic systems can produce a wealth of life-like shapes and patterns which, compared to well-formed crystalline materials, remain widely unexplored. A seemingly simple example is the formation of salt deposits during the evaporation of sessile droplets. These evaporites show great variations in their specific patterns including single rings, creep, small crystals, fractals, and featureless disks. We have explored the patterns of 42 different salts at otherwise constant conditions. Based on 7,500 images, we show that distinct pattern families can be identified and that some salts (e.g., Na 2 SO 4 and NH 4 NO 3 ) are bifurcated creating two distinct motifs. Family affiliations cannot be predicted a priori from composition alone but rather emerge from the complex interplay of evaporation, crystallization, thermodynamics, capillarity, and fluid flow. Nonetheless, chemical composition can be predicted from the deposit pattern with surprisingly high accuracy even if the set of reference images is small. These findings suggest possible applications including smartphone-based analyses and lightweight tools for space missions.
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