仿生貝殼材料的制備.pdf

1、自然界中，許多生物礦物具有規(guī)則的結(jié)構(gòu)以及不可思議的力學(xué)性質(zhì)。其中貝殼珍珠質(zhì)由于其獨特的光學(xué)和力學(xué)性質(zhì)被人們廣泛研究，它出色的強度，韌性以及硬度則很大程度上歸功于珍珠質(zhì)中碳酸鈣和有機物交替形成的高度有序結(jié)構(gòu)。因此仿生貝殼材料工作成為了一大熱點并且在許多領(lǐng)域有很大的指導(dǎo)意義和應(yīng)用價值。
　　 本文基于對貝殼結(jié)構(gòu)和礦化機制的研究，以及對各種晶型碳酸鈣尤其是無定型碳酸鈣的合成技能，制備了不同的貝殼類結(jié)構(gòu)或性質(zhì)材料。開始是仿生貝殼外層結(jié)構(gòu)

2、的碳酸鈣復(fù)合薄膜制備，然后基于不同模板可控合成了不同晶型和形貌的碳酸鈣，并進一步揭示了貝殼的礦化機理，最后實現(xiàn)了高力學(xué)性能有機無機復(fù)合薄膜的制備。不斷深入的研究為仿生貝殼材料的制備提供了新的思路和方法，全文共分6章。
　　 第一章主要闡述了貝殼珍珠質(zhì)的結(jié)構(gòu)和礦化理論研究，介紹了碳酸鈣尤其是無定形碳酸鈣以及其在生物礦化中的實例。又總結(jié)了目前國內(nèi)外仿生貝殼材料重要的相關(guān)研究工作，并提出了我們課題的研究方向和需要解決的問題。
　

3、　 第二章我們仿生貝殼外層結(jié)構(gòu)制備了方解石-文石的復(fù)合膜。我們首先通過無定型碳酸鈣的可控轉(zhuǎn)化制備了均勻的一層方解石膜，然后在鎂離子的作用下又在之前的方解石膜上沉積了一層文石膜，從而用簡潔的方法制備了方解石-文石復(fù)合膜，在這個過程中我們發(fā)現(xiàn)鎂離子對方解石-文石的轉(zhuǎn)化起到了非常重要的作用。這個工作通過簡潔的方法實現(xiàn)了對貝殼最外層結(jié)構(gòu)的初步模擬。
　　 第三章我們用有機基底作為模板可控合成了不同晶型和形貌的碳酸鈣晶體。我們用雞蛋膜作

4、為模板，在鎂離子和基丙烯酸(PAA)的存在下合成了碳酸鈣晶體。其中我們在鈣鎂比為1:1的溶液中一步沉積得到了方解石-文石的復(fù)合膜，在鈣鎂比為1:4的溶液中得到了致密的文石膜，我們還闡述了鎂離子和PAA在這個過程中的作用。這個工作為貝殼礦化機制提供了深入的理解并且為可控合成有機-無機復(fù)合膜提供了途徑。
　　 第四章我們在貝殼模板上得到了一層致密的文石膜。我們用貝殼基底作為模板，在聚苯稀磺酸鈉(PSS)的存在下沉積了文石晶體。我們發(fā)

5、現(xiàn)不同次氯酸鈉(NaClO)處理時間的貝殼模板可以誘導(dǎo)出不同形貌和取向的碳酸鈣晶體，其中我們在30min處理時間的貝殼模板上制備了類似于貝殼取向的均一文石膜，并且我們認為貝殼中的無定型碳酸鈣在這層文石膜的形成過程中起到了重要的作用。這個工作進一步揭示了貝殼的礦化機制，并為制備以碳酸鈣為基礎(chǔ)的環(huán)保功能材料提供了一條途徑。
　　 第五章我們通過無定形的先驅(qū)相制備了高強度和剛性的有機無機復(fù)合膜。首先我們在聚丙烯酸（PAA）的存在下合成

6、了無定形碳酸鈣(ACC)膠體溶液，然后又把ACC和聚乙烯醇(PVA)交替旋涂在玻璃基底上，形成有機無機的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，再將得到的無定型復(fù)合膜在80度下結(jié)晶48h。我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過熱處理的膜具有高度的取向性，通過力學(xué)性質(zhì)測試，結(jié)晶的復(fù)合膜在強度，硬度和彈性模量上比之前有大幅度提升，并且強度和模量接近于貝殼的最佳值，這個工作提為制備高性能復(fù)合材料提供了新的思路和方法。
　　 第六章我們提出了仿生貝殼材料需要解決的問題，并展望了其在新材料