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有机—无机层状材料的生长机理研究

权琰  
【摘要】:有机和无机物质在微观或者介观尺度上的有序复合是构建有机-无机复合材料的关键。对于有机物和无机物质共存的溶液体系中,研究它们是如何自组装成具有特殊结构和性质的材料是合成各种功能材料的基础。因此为了更好指导我们仿生合成新材料,需要从根源上解决复合材料的生长问题,即有机-无机复合材料的生长途径。而作为自然界中典型的有机-无机复合材料,贝壳的珍珠质的构筑被证实是由传统的螺旋位错生长来简便地实现的。这对我们设计有机-无机复合材料提供一个重要的启示。本论文主要以常见的两种蛋白质(丝素蛋白和牛血清蛋白)、二(2-乙基)己基磺基琥珀酸钠和磷酸钙三元体系作为对象,研究在溶液中形成的类贝壳珍珠层结构复合材料的生长机理,全文分为以下五个章节: 第一章主要介绍天然和仿生合成的有机-无机复合材料,经典的晶体成核生长理论和非经典的晶体成核生长理论,以及贝壳珍珠层的生长机制,最后引出我们的研究计划。 第二章研究在丝素蛋白、二(2-乙基)己基磺基琥珀酸钠和磷酸钙三元体系中合成与牛血清蛋白、二(2-乙基)己基磺基琥珀酸钠和磷酸钙三元体系中类似的菱形片材料,然后通过改变二(2-乙基)己基磺基琥珀酸钠的浓度,产物从菱形片状材料变为梭形片状材料,实现对形貌的调控。随着反应时间的增长,菱形片出现反常的中心溶解现象。 第三章在第二章的基础上,选择牛血清蛋白存在的三元体系作为模型,研究此类材料的生长机理。首先观察到每个菱形复合晶体片的表面都顺时针或者逆时针的螺旋条纹,然后结合牛血清蛋白存在的三元体系中产物的溶解和再生长过程,推测该类材料可能符合传统的螺旋位错生长机理。 第四章从螺旋位错生长模型中台阶宽度与临界尺寸应该满足的关系出发,对试验中有机-无机复合晶体的台阶宽度与临界半径进行统计平均,得到测量结果与符合螺旋位错生长机理台阶宽度与临界长度的关系结果基本相符。并月.通过原子力显微镜对单个复合晶体进行台阶高度的测量,得到台阶的高度为两个有机-无机复合层的高度。最后提出该有机-无机复合材料的生长模型。 第五章对本论文进行总结,并指出在今后工作中需要关注和解决的问题。


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