三元添加剂水溶液体系中仿生合成无机材料

摘要

生物经过长期的演化发展形成了繁杂多样的生物矿物材料，其结构优美合理，性能优越，是传统的材料科学工程所不能及的。基于生物的原理合成无机材料，即仿生材料工程，是一种全新的材料设计和制造策略，逐渐引起学术界和工业界的广泛兴趣。生物矿化中的无机矿物往往是在多种有机基质的参与下形成的，其整个结晶过程受到了有机基质的精确调控。基于这一考虑，本文首次设计了多元（三元）有机添加体系中无机材料的仿生合成，研究了有机物之间的非共价键相互作用（如疏水相互作用）、协同相互作用等对无机晶体的影响。 试验中，通过加入一定量的引发剂使甲基丙烯酸原位聚合，在聚乙二醇（PEG）、聚甲基丙烯酸（PMAA）和十二烷基硫酸钠（SDS）的三元添加剂混合溶液体系中控制合成CaCO3晶体。聚合物及表面活性剂之间的自组装为CaCO3的成核结晶提供微环境。研究了聚合物浓度、表面活性剂浓度的变化及相应胶束结构的变化对CaCO3结晶的影响。实验结果表明此三元体系对CaCO3的结晶具有很好的控制作用，CaCO3空心球、具有层状基本粒子的球形聚集体等结构的获得说明此三元体系为具有复杂结构的无机材料的仿生合成提供了一种新颖的、具有潜力的途径。此外，我们将此方法拓展至半导体硫化物（ZnS）及金属晶体银（Ag）的合成。采用XRD，SEM，TEM和UV-vis等现代表征手段对产物的形貌、结构及性能进行了表征，并结合时效实验等对实验过程进行了较为详细的研究，对合成机理进行了初步的探讨。