絲膠蛋白-碳酸鈣復(fù)合材料的制備研究.pdf

1、在自然界中,生物體合成的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料具有特殊的多級結(jié)構(gòu)和組裝方式,如骨、牙齒、硅藻、貝殼等,使得這些材料擁有各自獨(dú)特的硬度、韌性、強(qiáng)度以及抗折性能,這些特性引起了材料學(xué)家的強(qiáng)烈興趣。因此通過模擬生物礦化過程合成具有精細(xì)結(jié)構(gòu)、優(yōu)異性能的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料,為合成新型功能材料提供了一條新途徑。
　　 本研究以絲膠蛋白為有機(jī)模板,分別采用復(fù)分解法和碳化法合成絲膠蛋白/碳酸鈣復(fù)合材料。使用復(fù)分解法制備過程中,系統(tǒng)研究絲膠蛋白濃度、

2、分子量,以及反應(yīng)時間、溫度、攪拌速率、pH值等工藝參數(shù)對碳酸鈣晶相組成和微觀結(jié)構(gòu)的影響;使用碳化法制備碳酸鈣過程中,研究了在絲膠蛋白的存在下氫氧化鈣濃度對碳酸鈣的形貌、晶型及結(jié)構(gòu)的影響;在此基礎(chǔ)上,對材料形成的礦化機(jī)理進(jìn)行了初步的探討。得出的結(jié)論如下:
　　 第一,絲膠蛋白濃度和分子量對碳酸鈣晶體生長影響的研究結(jié)果表明,當(dāng)絲膠蛋白濃度為1g/L時,制備出了刺球狀碳酸鈣顆粒,隨著絲膠蛋白濃度增加,在絲膠蛋白濃度為1.5g/L,制備

3、出比較均一的片層晶體組裝成的類正方體顆粒,得到的碳酸鈣為方解石;隨著絲膠蛋白分子量的增大,碳酸鈣呈現(xiàn)出由梭狀晶體到棒狀晶體的演變過程,晶體晶型都為方解石,當(dāng)絲膠分子量為10～20 kDa時,得到片層晶體組裝成的梭狀晶體,當(dāng)絲膠蛋白分子量為30～50 kDa時,得到花狀晶體和啞鈴型晶體,在絲膠蛋白分子量為100 kDa時,制備出棒狀晶體。
　　 第二,通過研究工藝參數(shù)對碳酸鈣晶體形貌和晶型的影響,結(jié)果顯示,反應(yīng)時間和溫度對碳酸鈣晶

4、體的形貌和品型影響較大。隨著反應(yīng)時間的延長,碳酸鈣晶型由方解石晶型逐步變成方解石和球霰石組成的混合晶型,形貌也由類圓盤狀的碳酸鈣最終演變成球狀碳酸鈣。在低溫(20℃)時,碳酸鈣晶體由刺球狀和梭狀的方解石顆粒組成,而隨著反應(yīng)溫度升高,形成碳酸鈣都為球形,且晶型為球霰石。隨著攪拌速率的增加,碳酸鈣形貌也由不規(guī)則球形,半球形和一些不規(guī)則形狀最終變演成形狀比較規(guī)則的棒狀晶體。隨著反應(yīng)pH的升高,碳酸鈣形貌逐漸由類正方體和刺球狀組成的晶體演變成無