無機顆粒材料的仿生制備與形貌控制.pdf

1、近年來，具有特殊形貌和尺寸的無機顆粒材料的可控合成已經(jīng)吸引了越來越多的關(guān)注，它們在先進材料、化學(xué)、電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的膠體化學(xué)方法難以對材料的形貌和尺寸進行控制。然而，在生物系統(tǒng)中，利用生物大分子作為成核劑、協(xié)同調(diào)節(jié)劑或基質(zhì)和模板，能夠精確地控制生物礦化過程，導(dǎo)致具有特殊形貌和功能有機．無機復(fù)合材料的形成。利用有機添加劑或模板控制無機顆粒材料的成核、生長和排列的合成策略已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制備具有復(fù)雜和特殊形貌的無機顆粒材料。

2、本論文利用有機高分子作為晶體生長改性劑，合成了幾種不同形貌和相結(jié)構(gòu)的無機顆粒材料。主要包括下面幾個方面的內(nèi)容： 首先，利用聚苯乙烯一馬來酸的交替共聚物(poly-(styrene-alt-maleic acid)(PSMA)作為晶體改性劑通過簡單沉淀反應(yīng)在室溫下制備了不同形貌微米級硫酸鋇顆粒和碳酸鋇晶須。結(jié)果顯示，通過改變PSMA的濃度、溶液的pH值、溶液中鋇離子與硫酸根離子的相對比例R等實驗條件能夠合成各種形貌的硫酸鋇顆粒諸如

3、花形片狀團聚體、球形、棒狀超結(jié)構(gòu)等。PSMA對碳酸鋇晶須形貌有明顯的影響，初期制備的碳酸鋇晶須均是單晶，其直徑大小為100到300nm，其生長方向為[100]方向，隨著PSMA濃度的增加，由于PSMA在碳酸鋇晶須表面的“蓋帽效應(yīng)”，碳酸鋇晶須的直徑會略微變小。 第二，利用PSMA作為晶體改性劑在室溫下制備了單分散花生狀介孔硫酸鍶顆粒。在PSMA濃度為2 g/L時制備的硫酸鍶顆粒呈單分散花生狀，其顆粒的平均長度和長徑比率分別為2μ

4、m and 2；所制備的硫酸鍶粉末有相對高的BET比表面積和介孔結(jié)構(gòu)，其平均孔徑為2.9 nm；并提出了單分散花生狀介孔硫酸鍶顆粒的形成與進化機理。 第三，通過聚合物調(diào)制與室溫晶化工藝制備了花狀鉻酸鋇晶體，并提出了一個可能的形成機理。 第四，通過簡單的沉淀和水熱方法，不利用任何模板和添加劑成功地制備出單斜且具有方形橫截面的鉻酸鉛納米棒(其平均長度為6-7μm，寬度為80-150 nm和寬/厚比為2-5)；鉻酸鉛納米棒的長

5、度與反應(yīng)體系的pH值，陳化時的水熱處理溫度有關(guān)；鉻酸鉛納米棒的光學(xué)性質(zhì)依賴于它的長度，鉻酸鉛納米棒的紫外．可見光吸收強度隨著納米棒長度的增加而稍微減弱，相反，其熒光性能隨著納米棒長度的增加而增強。第五，在DNA存在的條件下，通過碳酸鈉和氯化鈣的沉淀反應(yīng)在室溫下成功地合成了具有不同表面結(jié)構(gòu)的碳酸鈣微球，碳酸鈣顆粒的表面形貌或織構(gòu)可以通過調(diào)節(jié)DNA的濃度或者DNA和碳酸鈣的質(zhì)量比進行方便的控制。有跡象表明，在生物體內(nèi)，DNA可以調(diào)控?zé)o機相的

6、成核與生長，甚至誘導(dǎo)生物體內(nèi)的生物礦化過程。這項研究對碳酸鈣以及其它新型無機材料的仿生合成提供了新的思想。 第六，利用聚丙烯酸(PAA)作為添加劑通過沉淀反應(yīng)在60-80℃制備了單分散立方碳酸鈣復(fù)合顆粒，PAA和碳酸鈣的濃度、PAA和碳酸鈣的相對比率、溶液pH值和溫度的變化顯著影響碳酸鈣顆粒的形貌，但是所有的產(chǎn)物均為方解石相；確定了制備單分散立方碳酸鈣復(fù)合顆粒的最佳條件；所制備的立方碳酸鈣復(fù)合顆粒中PAA含量大約為1.4％。