模拟生物矿化法合成新颖碳酸盐纳米线及其图案化生长研究

摘要

本论文进一步丰富和发展了模拟生物矿化合成无机仿生材料的方法，研究了合成类自然生物仿生材料的新思路和聚合物诱导的液态前驱物过程。合成了一系列结构新颖独特的纳米线及其图案化生长阵列。利用聚合物添加剂和衬底的协同作用，在温和反应条件下，通过改变实验条件获得了多种新奇形貌的纳米线及其阵列结构。研究结果归纳如下： 1.借助微接触印刷技术、聚合物诱导的液态前驱物结晶过程(PILP)和溶液-前驱物-固体(SPS)生长过程，制备了图案化生长的方解石相CaCO3纳米线阵列。衬底上的有机分子“框架”，使得矿化前驱物可以选择性沉积，并在衬底上形成矿物质薄膜。结晶后的矿物质膜可以很好的保持其原有的形貌及其阵列结构，利用其作为二次生长的模板，生长出方解石相CaCO3纳米线及其阵列。该纳米线的微结构揭示了其“亚晶”生长过程。该模拟生物矿化合成方法可以被用来生长其它无机晶体材料及其阵列。 2.在聚合物及有机染料复合添加剂溶液中，合成了具有高长径比的BaCO3复合物纳米线。通过研究发现，该复合物纳米线随着矿化时间不同，可以在不同尺度进行有效的自组装。染料分子的引入，使纳米线具备了光致发光的性质，它们以J-聚体的形式存在于纳米空间内，形成周期性的复杂结构。我们通过对生长衬底的选择性修饰，合成了该复合物纳米线的图案化生长阵列。在紫外光照射下，图案化阵列显示微区发光特性。 3.采用磷酸化的嵌段共聚物作为晶体生长的调节剂，在BaCO3矿物质膜上成功的合成了双螺旋及柱体螺旋纳米线。实验中探索了合成该螺旋形纳米线的适宜生长条件，即调控溶液的起始pH值在3.5-4.5之间，借助沉积在OTS有机衬底上的矿物质膜，可以有效的生长出此类螺旋形超结构。该纳米线的生长过程受到了溶液.前驱物一固体(SPS)生长过程及其纳米颗粒微观聚集/组装的双重影响。该合成思路为理解复杂结构的生物矿物材料的合成过程提供一个新的范例；同时，该合成方法有可能被用来合成其它多种结构独特的无机纳米材料。

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第1章绪论

1.1引言

1.2模拟生物矿化的发展历史

1.3自然界丰富多彩的生物矿物

1.3.1生物矿物的分布

1.3.2生物矿物的特性

1.4模拟生物矿化中的重要结晶模式和生长模式

1.4.1经典结晶过程

1.4.2非经典结晶

1.5当前无机矿化研究的前沿及其展望

1.5.1.聚电解质对矿物晶体生长的调控

1.5.2双亲性嵌段共聚物(DHBC)调控无机矿物质结晶

1.5.3混合溶剂中矿化结晶

1.5.4无机矿化研究中的相选择

1.5.5手性特征晶体合成的研究

1.6界面对模拟矿物晶体生长的影响和晶体图案化现状及其进展

1.6.1自组装单分子膜

1.6.2图案化自组装单分子层对矿物质结晶的影响

1.6.3高分子膜对矿物质结晶行为的影响

1.6.4模板效应

1.6.5自组装方法

1.6.6受限空间对矿物质结晶行为的影响

1.7本论文的选题背景和研究内容

参考文献

第2章生物矿化法合成图案化CaCO3纳米线

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

本章小结

参考文献

第3章BaCO3荧光发光纳米线：合成，特性，图案

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果和讨论

本章小结

参考文献

第4章模拟生物矿化法合成新型BaCO3，双螺旋和柱体螺旋纳线

4.1前言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

本章小结

参考文献

附录：博士期间完成的论文

致谢