【摘要】：有機(jī)體內(nèi)的生物礦物無論在多級(jí)分層結(jié)構(gòu)上還是在性能上都具有著很大的優(yōu)越性。運(yùn)用生物礦化的基本原理制備具有優(yōu)越性能的新型功能材料已成為化學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)之一。一維納米結(jié)構(gòu)在尺度和維度上類似于生物體內(nèi)能夠誘導(dǎo)生物礦物成核生長(zhǎng)的超分子或其組裝體�；诖�,在本論文中選用各種表面帶有電荷的一維納米線為前驅(qū)物,主要討論了如何利用無機(jī)納米線誘導(dǎo)生物礦物的成核生長(zhǎng)并以其為模板誘導(dǎo)制備新型功能材料。取得的主要研究結(jié)果如下：1.建立了由超細(xì)無機(jī)納米線誘導(dǎo)無定型碳酸鈣(ACC)生長(zhǎng)組裝的合成體系,成功制備了ACC@Te納米線和ACC納米片。在該體系中,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分子穩(wěn)定的碲(Te)納米線為誘導(dǎo)劑,分別通過氣相擴(kuò)散法和溶劑熱法誘導(dǎo)組裝ACC納米顆粒。值得注意的是,納米線表面電荷對(duì)于在形成尺寸均一的ACC@Te納米線和ACC納米片的過程中起到了至關(guān)重要的作用。通過調(diào)節(jié)Te納米線的濃度、混合溶劑的體積比和Te納米線的直徑,探討了ACC@Te納米線和ACC納米片的形成機(jī)理。此外,利用ACC納米片作為組裝單元可以成功制得具有顯著韌性的海藻酸鈉/ACC仿生復(fù)合薄膜；ACC納米片上大量存在PVP分子因而可以負(fù)載磁性納米粒子,制得具有磁性的ACC功能材料。這種利用超細(xì)納米線誘導(dǎo)無定型生物礦物組裝的方法可以擴(kuò)展至其他無機(jī)碳酸鹽材料的控制合成,也為深入理解生物礦化的機(jī)理提供了一些線索。2.創(chuàng)立了一種利用硬硅酸鈣納米線誘導(dǎo)合成無定型金屬氫氧化物納米纖維的通用方法。運(yùn)用這種方法合成了組分可控的一系列無定型二元金屬氫氧化物納米纖維。對(duì)金屬氫氧化物進(jìn)行熱處理,還可制得相應(yīng)的金屬氧化物納米纖維。這一方法還可擴(kuò)展到其他無定型金屬氫氧化物材料控制合成過程,所制備的金屬氫氧化物納米纖維和金屬氧化物納米纖維有望在眾多領(lǐng)域中具有潛在的應(yīng)用。3.發(fā)展了一種硬硅鈣石納米線誘導(dǎo)制備赤鐵礦微米球介觀晶體的新方法。將硬硅酸鈣納米線與氯化鐵溶液混合后,經(jīng)水熱反應(yīng)整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)被加熱至160℃,此后,初級(jí)赤鐵礦納米組裝單元定向組裝,最后獲得尺寸均一、高度結(jié)晶的赤鐵礦介觀晶體。在此礦化體系中,可以通過調(diào)節(jié)納米線和FeCl3的濃度分別調(diào)節(jié)赤鐵礦介觀晶體的尺寸和形貌。這種生物礦化模擬方法為合成其他介觀材料提供了一種新的策略。4.研究了含鎂無定形碳酸鈣(Mg-ACC)在乙醇/水混合溶劑中相轉(zhuǎn)變過程,此過程反應(yīng)條件溫和且不添加任何有機(jī)添加劑。調(diào)節(jié)溫度、乙醇/水體積比以及Mg-ACC的初始濃度可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)物的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)調(diào)節(jié)。此外,55℃時(shí)4.5mMMg-ACC在乙醇-水混合溶劑中(乙醇／水體積比為3/2)陳化24 h,可獲得文石相微橢球體,這種微橢球體由文石相納米纖維組成。這項(xiàng)工作可能會(huì)為理解自然界中CaCO3的礦化過程提供一些有用的線索,也可以為工業(yè)生產(chǎn)不同形貌的碳酸鈣提供方法指導(dǎo)。
[Abstract]:The biological minerals in the organism have great superiority whether in a multi-stage layered structure or in performance. The application of the basic principle of biomineralization to prepare new functional materials with superior performance has become one of the important challenges in the field of chemistry and material science. The one-dimensional nanostructures are similar in size and dimension to supermolecules or their assemblies capable of inducing the nucleation and growth of biological minerals within the organism. Based on this, a kind of one-dimensional nano-wire with charge on various surfaces is used as the precursor in this paper. It mainly discusses how to use the inorganic nano-wire to induce the nucleation and growth of the biological minerals and to use it as a template to induce the preparation of new functional materials. The main results obtained are as follows:1. The synthesis system of the growth and assembly of amorphous calcium carbonate (ACC) induced by ultra-fine inorganic nano-wire was established, and the ACC@Te nano-wire and the ACC nano-sheet were successfully prepared. In the system, ACC nanoparticles were induced by a gas-phase diffusion method and a solvothermal method, respectively, as an inducer. It is to be noted that the nanowire surface charge plays a critical role in the process of forming a size-uniform ACC@Te nanowire and an ACC nanosheet. By adjusting the concentration of the Te nanowire, the volume ratio of the mixed solvent and the diameter of the Te nanowire, the formation mechanism of the ACC@Te nano-wire and the ACC nanosheet is discussed. In addition, that ACC nanosheet can be used as an assembly unit to successfully prepare the sodium alginate/ ACC biomimetic composite film with significant toughness; and a large amount of the PVP molecule on the ACC nano sheet can load the magnetic nanoparticles to prepare the ACC functional material with magnetism. The method can be extended to the control and synthesis of other inorganic carbonate materials, and provides some clues for the in-depth understanding of the mechanism of the biomineralization. The invention discloses a general method for synthesizing amorphous metal hydroxide nano-fiber by using a hard calcium silicate nanowire. A series of amorphous binary metal hydroxide nano-fibers with controllable components are synthesized by using the method. The metal hydroxide is heat-treated, and the corresponding metal oxide nano-fiber can be prepared. The method can also be extended to other amorphous metal hydroxide materials to control the synthesis process, and the prepared metal hydroxide nano-fiber and the metal oxide nano-fiber are expected to have potential application in many fields. A new method for preparing hematite micro-sphere mesoscopic crystal is developed. After the hard calcium silicate nano-wire and the ferric chloride solution are mixed, the whole reaction system is heated to 160 DEG C by a hydrothermal reaction, and after that, the primary hematite nano assembly unit is directionally assembled, and finally, a highly crystalline hematite mesoscopic crystal is obtained. In the mineralization system, the size and morphology of the hematite mesoscopic crystals can be adjusted by adjusting the concentration of the nanowires and the FeCl3, respectively. The biological mineralization simulation method provides a new strategy for the synthesis of other mesoscopic materials. The phase transition of magnesium-containing amorphous calcium carbonate (Mg-ACC) in ethanol/ water mixed solvent was studied. The reaction conditions were mild and no organic additives were added. The temperature, ethanol/ water volume ratio and the initial concentration of Mg-ACC can be used to adjust the thermodynamic and kinetic properties of the product. In addition, at 55. degree. C., 4.5 mMMg-ACC was aged for 24 h in an ethanol-water mixed solvent (ethanol/ water volume ratio of 3/2). This work may provide some useful clues to the understanding of the mineralisation of CaCO3 in nature and can also provide methodological guidance for the production of different shapes of calcium carbonate.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1

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本文編號(hào)：2449467