碳酸鈣的物相調控及其非晶的合成轉化研究.pdf

1、生物體中的礦物（如骨骼、牙齒、軟體動物的殼、植物維管束等）無論在結構還是功能上都具有很強的應用價值，吸引了人們越來越多的興趣。碳酸鈣作為一個生物礦化領域研究的標準模型體系廣泛地存在于自然界及生物體中。在模擬生物礦化過程中，碳酸鈣的物相控制起了關鍵性的作用。在本論文中主要討論了碳酸鈣幾種相（方解石、霰石、文石和無定形）的調控以及研究無定形碳酸鈣如何受限結晶，主要研究成果如下：
　　 1、在沒有添加任何有機或者無機添加劑的前提下利用

2、雙注射方法完美地實現(xiàn)碳酸鈣的三個無水結晶相的相選擇。在這個單一的體系中，僅僅通過改變反應溫度，觀察到了一個完整的相轉變過程，即從純的文石相，轉變到純的霰石相，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控制反應溫度來調節(jié)其動力學和熱力學因素，從而成功地控制了碳酸鈣的物相及形貌。該研究結果為碳酸鈣晶相的選擇合成提供了一個簡單、溫和、可控，廉價和綠色的方法，可望在工業(yè)上擴大規(guī)模生產不同物相的碳酸鈣，并且對于深刻理解自然界中生物礦

3、化的過程有參考價值。另外，這個無模板參與的相選擇合成系統(tǒng)對于其它的無機材料也具有一定的借鑒作用。
　　 2、首次研究了不同反應溫度下聚乙二醇-聚(N-異丙基丙烯酰胺)-聚（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）(PEG-PNIPAM-PAMPS)這個三嵌段溫敏共聚物在模擬生物礦化中的作用，同時在50℃反應條件下得到了表面結構可控的均一花狀文石?；跍孛羧抖尉酆衔镉腥さ臏孛籼匦裕岢隽薖NIPAM調控下碳酸鈣礦化機制。同時，我們能在該體

4、系中通過控制反應溫度來很好的獲得三種無水結晶相（如方解石、文石和球霰石）。另外，關于PNIPAM的碳酸鈣礦化機制可能給其他無機材料體系可控結晶過程的研究帶來新的曙光。
　　 3、發(fā)展了一種快速合成大規(guī)模、低成本、高穩(wěn)定性的含鎂無定形碳酸鈣納米顆粒的簡單化學合成方法。Mg-ACC的結構被定義為Mg0.15Ca0.85CO3·H2O0.85。Mg2+：Ca2+:CO32-的摩爾比以及反應物（CaCl2、Na2CO3和MgCl2）的濃

5、度對制得的Mg-ACC納米粒子的鎂鈣摩爾比起著關鍵作用。另外，如果將含鎂無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，則可以使含鎂無定形碳酸鈣納米粒子保存超過一年而不結晶。這兩種有效的保存方法可以用于長期保存含鎂無定形碳酸鈣，以便其作為前驅體在實際生產生活中發(fā)揮更廣泛的應用。由于Mg-ACC具有良好的可塑性，它可以經過一些誘導結晶而得到令人滿意形貌及相態(tài)的結晶相。因此，大規(guī)模地成功合成含鎂無定形碳酸鈣納米粒子對

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