本文關(guān)鍵詞：L-半胱氨酸自組裝單層上碳酸鈣結(jié)晶行為研究

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【摘要】：碳酸鈣是一種極具研究?jī)r(jià)值的晶體。廣泛的自然分布、巨大的天然儲(chǔ)量、低廉的獲取價(jià)格以及獨(dú)特的物理化學(xué)特性,使其在橡膠、造紙、涂料、醫(yī)藥、仿生礦化等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。研究碳酸鈣晶體的生長(zhǎng)機(jī)制、調(diào)控晶體的結(jié)晶晶相、形貌和生長(zhǎng)取向具有重要科學(xué)意義和工業(yè)價(jià)值。本論文選取應(yīng)用廣泛的氣體擴(kuò)散法和水溶液環(huán)境制備碳酸鈣晶體。選取自然界唯一含有巰基的天然氨基酸——L-半胱氨酸,借助其在金表面自發(fā)有序成膜特性,將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中在水溶液“自由”分布的氨基酸分子有序“固定”在金基底表面,并利用這種有序排列的氨基酸自組裝單層成功實(shí)現(xiàn)碳酸鈣晶體的晶相、形貌和取向控制,系統(tǒng)而深入的討論了L-半胱氨酸自組裝單層的誘導(dǎo)機(jī)制和溶液中碳酸鈣晶體的成核和生長(zhǎng)機(jī)理。主要研究結(jié)論如下:1.在水溶液無(wú)添加劑環(huán)境,首次發(fā)現(xiàn)氣體擴(kuò)散法制備獲得的碳酸鈣晶體的晶相隨溶液深度呈現(xiàn)梯度變化:溶液上部為具有菱面體外形的方解石,下部為片狀球霰石,中間則混合結(jié)晶方解石和球霰石。一般認(rèn)為的微小的梯度溶液環(huán)境對(duì)結(jié)晶造成極大影響,隨時(shí)間和溶液深度呈現(xiàn)梯度變化的溶液環(huán)境(如p H、NH4+和NH度、以及CO32-與Ca2+濃度比等),是碳酸鈣不同晶相選擇性結(jié)晶的主要誘因。此研究顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)為的由氣體擴(kuò)散法實(shí)驗(yàn)裝置差異導(dǎo)致多晶相混合結(jié)晶的觀念。2.L-半胱氨酸自組裝單層能夠克服梯度溶液環(huán)境干擾,有效控制碳酸鈣結(jié)晶的晶相。p H=6.0近中性溶液環(huán)境,利用自組裝單層能夠誘導(dǎo)晶面平滑、棱角銳利、結(jié)晶完整、尺寸均一的菱面體方解石生長(zhǎng),是獲得規(guī)則方解石晶體的理想手段。3.通過(guò)改變反應(yīng)時(shí)間和溶液初始p H,成功實(shí)現(xiàn)氨基酸分子對(duì)碳酸鈣結(jié)晶取向的可控調(diào)節(jié)。改變實(shí)驗(yàn)條件,可以獲得擇優(yōu)取向系數(shù)高達(dá)95%的(001)面和98%的(104)面方解石晶體。研究表明,較低的初始p H環(huán)境能夠有效提高自組裝單層表面(001)面的結(jié)晶比例,較高初始p H則有利于(104)面方解石結(jié)晶。4.利用L-半胱氨酸自組裝單層隨溶液p H變化特性,通過(guò)調(diào)節(jié)溶液初始p H實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單溶液環(huán)境碳酸鈣晶體的形貌調(diào)控,并獲得了具有全新外形的方解石結(jié)晶。p H在6.0~9.0區(qū)間,方解石在自組裝單層表面呈規(guī)則菱面體外形;p H大于12.0,主要生長(zhǎng)松塔狀和多晶球狀的方解石晶體。5.設(shè)計(jì)使用陳化環(huán)境調(diào)節(jié)方法成功獲得了具有粗糙表面、多孔形貌的方解石單晶。研究表明,減壓和高溫陳化獲得的多孔方解石表現(xiàn)良好的助水水特性,大大提升自組裝單層的疏水能力。本實(shí)驗(yàn)工藝簡(jiǎn)單、重現(xiàn)性好、可操作性強(qiáng),合成的碳酸鈣材料穩(wěn)定性高、環(huán)境友好,在超疏水材料領(lǐng)域擁有廣闊應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ132.32;O78

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1272887