盐析现象的微观解析：MIT Device Lab 最新研究揭示晶体生长的奥秘
近日，麻省理工学院（MIT）器件研究实验室（Device Research Lab）的一项突破性研究，首次在单晶尺度上揭示了“盐析”（salt creeping）现象的微观机制。这项研究不仅对土木工程、海水淡化、涂层技术、膜设计等多个领域具有重要意义，甚至还可能影响艺术品保护工作。相关成果于2025年6月30日发表在国际顶级期刊《Langmuir》上。
盐析：既是挑战，也是机遇
“盐析”是指盐类晶体从蒸发溶液中析出并迁移到固体表面的现象。这些晶体一旦开始聚集，便会沿着表面“攀爬”，并不断向外蔓延。这种看似简单的现象，实则在自然界和工业生产中普遍存在。一方面，盐析会导致建筑物开裂、设备堵塞等问题；另一方面，如果能加以控制，盐析也可用于矿物提取、海水淡化等领域。
“这项研究不仅解释了盐析是如何发生的，还阐明了它为什么会发生以及何时会发生，”该研究的主要作者之一，MIT器件研究实验室博士后研究员 Joseph Phelim Mooney 说道。“我们希望这项研究成果能够帮助解决水资源短缺问题，保护古代壁画，并设计出更耐用的基础设施。”
微观视角的突破：原位 X 射线显微镜的贡献
长期以来，科学家们对盐析现象的微观机制知之甚少。尽管早有理论预测，但从未有人能够直接观察到盐晶体在液体弯月面下生长并与表面相互作用的过程。这项研究首次利用原位 X 射线显微镜技术，实现了对盐析现象的实时、原位观察。
通过这项技术，研究人员得以观察到单个盐晶体如何“钉”在表面，并引发连锁反应，最终形成大面积的盐垢。更令人惊讶的是，盐晶体并非被动地填充可用空间，而是会穿透气液界面，重塑弯月面，为下一个晶体的生长创造有利条件。这一微妙的循环机制此前从未被可视化记录。
多领域的影响
土木工程
在土木工程领域，盐析是导致混凝土、石材等建筑材料劣化的重要原因之一。盐晶体在材料表面生长，会产生巨大的压力，导致开裂和剥落，从而降低结构的长期耐久性。通过了解盐析发生的具体时间和条件，工程师可以设计出更好的保护涂层或排水系统，以防止这种降解形式。
艺术品保护
盐析对壁画、湿壁画等古代艺术品的破坏是毁灭性的。盐晶体常常在表面之下形成，并在肉眼可见的损伤出现之前就开始破坏。这项研究有助于识别导致盐分开始移动和扩散的确切条件，使文物保护人员能够更早、更准确地采取行动，保护文物。
海水淡化与零液体排放系统
这项研究还可以改进零液体排放系统中的结晶过程，从而更好地控制从水中去除盐分的过程。此外，它还可以解释设备表面结垢发生的时间和方式，并为依赖于蒸发和结晶智能控制的新兴气候技术提供支持。
矿物与盐提取
在矿物和盐提取应用中，盐析既是瓶颈也是机遇。通过了解盐在表面形成的精确物理原理，操作人员可以优化晶体生长，提高回收率并减少材料损失。
研究方法与关键发现
该研究的关键在于使用了原位 X 射线显微镜技术。研究团队观察到一个单一的盐晶体将自身固定在表面上，从而引发了级联的生长链式反应。
“人们对此有所猜测，但我们第一次用 X 射线捕捉到了它。感觉就像在观察微观的临界点，一个自我繁殖过程的起点，”Mooney 说。“更令人惊讶的是接下来发生的事情：盐晶体不仅仅是被动地生长以填补可用空间，它还穿透了液-气界面并重塑了弯月面本身，为下一个晶体创造了完美的条件。这种微妙的、递归的机制以前从未被视觉记录过——看到它实时地发挥作用，彻底改变了我们对盐结晶的看法。”
未来展望
这项研究为理解和控制盐析现象提供了新的视角，有望推动相关技术的发展和应用。例如，开发新型防垢涂层、优化海水淡化工艺、改进文物保护方法等。此外，该研究也为其他涉及界面结晶的科学问题提供了借鉴，例如，新型材料的合成、纳米结构的构筑等。
这项研究由 Joseph Phelim Mooney 以及 MIT 器件研究实验室的研究人员 Omer Refet Caylan、Bachir El Fil（现为佐治亚理工学院副教授）和 Lenan Zhang（现为康奈尔大学副教授）；利默里克大学的 Jeff Punch 和 Vanessa Egan；以及康奈尔大学的 Jintong Gao 共同完成。
相关研究成果发表在《Langmuir》杂志上，题为“原位 X 射线显微镜揭示单晶水平上盐蠕变的开始”。该研究在 MIT.nano 中进行。
