自然界中的雪花有成千上万种形貌,人们一方面惊奇于雪花结构的精美,另一方面困惑于雪花结构的控制机制,早在上个世纪50年代,日本科学家就发现了雪花结构对温度和过饱和度的高度依赖型,但是到目前为止人们仍然不能理解这种依赖型性背后的物理机制是什么?雪花是一种发育完好的枝晶,其他形貌的枝晶也广泛地存在于自然界中,如合金中的枝晶和材料中的枝晶等,这些枝晶受那些因素控制以及如何控制枝晶的生成和生长,既是工业界关注的问题也是晶体学研究的热点之一。在本次报告中,我将重点介绍我们在反应-扩散调控晶体形貌方面所开展的研究工作。材料的生成过程都涉及材料单元的扩散传质过程和反应结合过程,因此反应和扩散是材料生成过程中两个常见的动力学参数,二者对于远离平衡态的材料结构具有重要的调控作用。在碳酸钙的沉积实验中,我们通过浓度梯度来控制反应物传质速率,通过温度来调控反应速率,研究发现,在扩散受限时生成了枝状结构,而在反应受限时生成了球状结构,在反应和扩散共同调控材料生长的条件下,生成了雪花状的碳酸钙颗粒[1,2],这是一种新的碳酸钙形貌,与自然界中雪花的生成条件相比较,过饱和度对应着传质速率,因此自然界中的雪花的生成也应受反应和传质共同调控。接下来,我们对银质状结构进行了研究,我们采用羟胺还原硝酸银制备银纳米枝,研究发现温度和浓度对银纳米枝的调控不具有规律性,很容易生成混杂的产物,但是当我们用反应和扩散来调控银枝时确得到了很有规律的结果。我们通过质子浓度来调控反应速率,通过改变溶剂来调控扩散速率,结果发现,传质速率降低,枝明显变小,而反应速率降低,枝状结构逐渐变成棒状结构,进一步研究发现,反应-扩散影响了晶体生长界面的微观浓度场,进而导致了枝晶结构的变化。