在自然界和工业过程中，盐的析出和迁移现象普遍存在。近期，麻省理工学院（MIT）设备研究实验室的一项研究，揭示了盐在溶液蒸发后于表面结晶和迁移的微观机制，这项发现对于土木工程、海水淡化、涂层设计、膜技术，甚至艺术品保护等多个领域都具有重要意义。这项研究成果于2025年6月30日发表在《Langmuir》期刊上，首次展示了盐在单晶尺度下，以及在液体弯月面下的“爬行”行为。
MIT设备研究实验室的博士后研究员Joseph Phelim Mooney表示：“这项研究不仅解释了盐creep的起始方式，还阐明了其发生的原因和时间。我们希望这种深入的理解能够帮助解决诸如水资源短缺、古代壁画保护以及更持久基础设施设计等问题。”
该研究首次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。长期以来，科学家们对这一现象进行了大量的理论推测，但从未在如此微观的层面上进行成像或证实。这项研究为矿物提取、海水淡化、防污涂层、分离科学的膜设计，以及艺术品保护等领域提供了基础性的新见解。在艺术品保护领域，盐害是壁画、湿壁画和古代文物的主要威胁，通常在可见损害出现之前就已经在表面下形成。这项研究有助于识别导致盐开始移动和扩散的确切条件，使文物保护人员能够更早、更精确地采取行动，保护珍贵的文化遗产。
盐creep的微观机制
Mooney在MIT进行Marie Curie Fellowship研究期间开始了这项工作。他表示：“我专注于改进海水淡化系统，但很快遇到了盐积累这个主要障碍。盐无处不在，覆盖表面，堵塞流动路径，并降低了设计的效率。我意识到我们并不完全理解盐最初是如何在表面上creep的。”
这一经历促使Mooney与同事合作，深入研究空气-液体-固体界面上盐结晶的基本原理。他们希望能够“放大”，真正观察到盐开始移动的瞬间，因此转向了原位X射线显微镜。研究结果为表面污染、材料降解和可控结晶提供了一种全新的思考方式。
研究方法与关键发现
该研究采用原位X射线显微镜技术。研究团队的关键发现是，观察到单个盐晶体如何“钉”在表面上，从而引发了连锁反应式的生长。Mooney说：“人们对此进行过推测，但我们首次通过X射线捕捉到了这一过程。感觉就像在观察一个微观的时刻，一切都开始倾斜，这是一个自发过程的引爆点。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充可用空间，它还穿透了液-气界面，并重塑了弯月面本身，为下一个晶体的形成创造了完美的条件。这种微妙的、递归的机制以前从未被可视化记录过——亲眼目睹它在现实中发生，彻底改变了我们对盐结晶的看法。”
研究成果的应用前景
这项新研究实际上可以更好地控制从零液体排放系统中去除盐所需的水结晶过程。它还可以用来解释设备表面何时以及如何发生结垢，并可能支持依赖于蒸发和结晶智能控制的新兴气候技术。Mooney表示，在矿物和盐提取应用中，通过理解表面盐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。这项研究对于土木工程领域也具有重要意义。例如，它可以帮助解释盐晶体为何以及何时开始在混凝土、石头或建筑材料等表面生长。“这些晶体会产生压力并导致开裂或剥落，从而降低结构的长期耐久性，”Mooney说。“通过查明盐开始creep的时刻，工程师可以更好地设计保护涂层或排水系统，以防止这种形式的降解。”
团队合作与研究资源
该论文的共同作者包括MIT设备实验室的研究人员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。研究在MIT.nano中进行。
论文信息
论文题为“原位X射线显微镜揭示单晶水平盐creep的开始”，现已发表在《Langmuir》杂志上。
