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第一作者：B. K. Spoorthi

通訊作者：Thalappil Pradeep

通訊單位：印度理工學院馬德拉斯分校

論文速覽

礦物納米顆粒存在于土壤中，部分礦物納米顆粒對生命至關重要。近年來，微滴成為一個引人關注的話題。科學家們已知道它們內部受限的環境能夠加速化學反應的速率，引發其他過程，例如形成納米顆粒。

本研究展示了常見礦物顆粒在帶電水微滴中數毫秒內自發分解形成納米顆粒的現象。研究團隊通過電噴霧技術，將微米級的天然礦物如石英和紅寶石轉化為5-10 nm的顆粒。

通過模擬確定，石英在尺寸減小并暴露于電場中時，特別容易發生質子誘導的滑移，導致顆粒斷裂和硅酸鹽碎片的形成，通過質譜分析得到證實。因為大氣中存在大量帶電氣溶膠，這種快速風化過程對于土壤形成可能很重要。而納米礦物顆粒天然存在于土壤中，部分納米礦物顆粒對生命至關重要。

圖文導讀

圖1：天然石英在微滴中的解離過程。

圖2：天然和合成氧化鋁在微滴中的解離過程。

圖3：使用第一性原理模擬可視化的解理和表面重構過程。

圖4：在(010)平面上局部化的堆垛層錯或滑移。

圖5：硅樣品的質譜圖。

總結展望

本研究的亮點在于揭示了在帶電微滴中礦物顆粒能夠迅速分解形成納米顆粒的新機制。通過實驗和模擬，研究團隊發現石英顆粒在電場作用下通過質子誘導的滑移機制斷裂，形成硅酸鹽碎片。

這些發現不僅為土壤形成和天然納米顆粒的生成提供了新的視角，而且可能對理解大氣中帶電水滴的化學作用具有重要意義。此外，研究還指出，這種微滴誘導的礦物解離過程可能在地球的化學和生物進化中發揮重要作用，為未來的相關研究提供了新的研究方向和實驗方法。

文獻信息

標題：Spontaneous weathering of natural minerals in charged water microdroplets forms nanomaterials

期刊：Science

DOI：10.1126/science.adl3364

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