碳酸鈣的物相調(diào)控及其非晶的合成轉(zhuǎn)化研究.pdf

1、生物體中的礦物（如骨骼、牙齒、軟體動(dòng)物的殼、植物維管束等）無(wú)論在結(jié)構(gòu)還是功能上都具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，吸引了人們?cè)絹?lái)越多的興趣。碳酸鈣作為一個(gè)生物礦化領(lǐng)域研究的標(biāo)準(zhǔn)模型體系廣泛地存在于自然界及生物體中。在模擬生物礦化過(guò)程中，碳酸鈣的物相控制起了關(guān)鍵性的作用。在本論文中主要討論了碳酸鈣幾種相（方解石、霰石、文石和無(wú)定形）的調(diào)控以及研究無(wú)定形碳酸鈣如何受限結(jié)晶，主要研究成果如下：
　　 1、在沒(méi)有添加任何有機(jī)或者無(wú)機(jī)添加劑的前提下利用

2、雙注射方法完美地實(shí)現(xiàn)碳酸鈣的三個(gè)無(wú)水結(jié)晶相的相選擇。在這個(gè)單一的體系中，僅僅通過(guò)改變反應(yīng)溫度，觀察到了一個(gè)完整的相轉(zhuǎn)變過(guò)程，即從純的文石相，轉(zhuǎn)變到純的霰石相，繼而得到霰石和方解石的混合相。這種一元的溶液體系可以通過(guò)控制反應(yīng)溫度來(lái)調(diào)節(jié)其動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)因素，從而成功地控制了碳酸鈣的物相及形貌。該研究結(jié)果為碳酸鈣晶相的選擇合成提供了一個(gè)簡(jiǎn)單、溫和、可控，廉價(jià)和綠色的方法，可望在工業(yè)上擴(kuò)大規(guī)模生產(chǎn)不同物相的碳酸鈣，并且對(duì)于深刻理解自然界中生物礦

3、化的過(guò)程有參考價(jià)值。另外，這個(gè)無(wú)模板參與的相選擇合成系統(tǒng)對(duì)于其它的無(wú)機(jī)材料也具有一定的借鑒作用。
　　 2、首次研究了不同反應(yīng)溫度下聚乙二醇-聚(N-異丙基丙烯酰胺)-聚（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）(PEG-PNIPAM-PAMPS)這個(gè)三嵌段溫敏共聚物在模擬生物礦化中的作用，同時(shí)在50℃反應(yīng)條件下得到了表面結(jié)構(gòu)可控的均一花狀文石?；跍孛羧抖尉酆衔镉腥さ臏孛籼匦?，提出了PNIPAM調(diào)控下碳酸鈣礦化機(jī)制。同時(shí)，我們能在該體

4、系中通過(guò)控制反應(yīng)溫度來(lái)很好的獲得三種無(wú)水結(jié)晶相（如方解石、文石和球霰石）。另外，關(guān)于PNIPAM的碳酸鈣礦化機(jī)制可能給其他無(wú)機(jī)材料體系可控結(jié)晶過(guò)程的研究帶來(lái)新的曙光。
　　 3、發(fā)展了一種快速合成大規(guī)模、低成本、高穩(wěn)定性的含鎂無(wú)定形碳酸鈣納米顆粒的簡(jiǎn)單化學(xué)合成方法。Mg-ACC的結(jié)構(gòu)被定義為Mg0.15Ca0.85CO3·H2O0.85。Mg2+：Ca2+:CO32-的摩爾比以及反應(yīng)物（CaCl2、Na2CO3和MgCl2）的濃

5、度對(duì)制得的Mg-ACC納米粒子的鎂鈣摩爾比起著關(guān)鍵作用。另外，如果將含鎂無(wú)定形碳酸鈣干燥粉末保存在-5℃或者將其置于乙醇溶液中保存在5℃條件下，則可以使含鎂無(wú)定形碳酸鈣納米粒子保存超過(guò)一年而不結(jié)晶。這兩種有效的保存方法可以用于長(zhǎng)期保存含鎂無(wú)定形碳酸鈣，以便其作為前驅(qū)體在實(shí)際生產(chǎn)生活中發(fā)揮更廣泛的應(yīng)用。由于Mg-ACC具有良好的可塑性，它可以經(jīng)過(guò)一些誘導(dǎo)結(jié)晶而得到令人滿意形貌及相態(tài)的結(jié)晶相。因此，大規(guī)模地成功合成含鎂無(wú)定形碳酸鈣納米粒子對(duì)

6、于生物礦化研究及工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)具有重要意義。
　　 4、利用一種簡(jiǎn)易的壓片受限結(jié)晶方法在沒(méi)有使用任何有機(jī)添加劑的情況下以含鎂無(wú)定形碳酸鈣(Mg-ACC)為前驅(qū)體成功制備了多晶高鎂方解石。這是一種在方解石晶格結(jié)構(gòu)中插入鎂的簡(jiǎn)單合成方法。利用這種方法，我們首次指出受限結(jié)晶能夠有效阻止鎂離子的逃逸并在方解石晶格結(jié)構(gòu)中插入鎂，這也表明自然界中高鎂方解石的生成可能是由于受限結(jié)晶的環(huán)境導(dǎo)致。例如，在生物礦化過(guò)程中人們經(jīng)常可以觀察到有機(jī)框架形成