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生物矿化中的纳米无定形碳酸钙

蔡安华  
【摘要】: 最新的生物矿化研究发现,纳米无定形碳酸钙在碳酸钙体系的矿化过程中起着重要的前驱体作用。它的组装和相转变是矿化的关键步骤,直接影响矿化过程中晶体形态的构建、排列和取向。本论文研究了有机、无机添加剂等对无定形碳酸钙的调控作用,探索了无定形纳米前驱体的结构、形成、稳定性以及在生物矿化中由无定形态向结晶态转化的机制,进一步阐明了无定形碳酸钙在生物矿化中的作用,更好地指导仿生合成和制备各种功能材料。论文主要由以下五个部分组成: 第一章简要的介绍了生物矿化以及碳酸钙的相关研究,并概述了本论文的研究背景和主要内容。 第二章采用TGA/DSC表征了无定形碳酸钙以及含聚电解质的无定形碳酸钙的热转化行为;通过添加不同体积的水调控无定形碳酸钙的相转化,利用IR和XRD表征转化后产物的物相。结果表明,水可诱导无定形碳酸钙发生相转变,水含量越高,转化速度越快;在水含量较低时,先转化成亚稳定的球霰石或文石,再转变成热力学最稳定的方解石;而水含量比较高时,直接转变成方解石。在热转化和水溶液的转化叶,聚电解质都显示了抑制无定形相的结晶。研究表明,水量和聚电解质是影响无定形碳酸钙转化的两个重要因素。 第三章进一步研究了在聚4—苯乙烯磺酸钠(PSS)存在下无定形碳酸钙的转化过程,发展了一种温和条件下简便又新颖的碳酸钙纳米空球合成方法:在窒温条件下,通过少量水诱导含PSS的无定形碳酸钙(PSS-ACC)纳米颗粒相转化而制得球霰石纳米空球。研究表明,通过调节PSS-ACC中PSS的含晕可以调控空球的尺寸。结果显示,在形成空心球过程,水和聚4—苯乙烯磺酸钠共同起重要作用,同时通过调节PSS含量以及水量可以得到尺寸大小可控的高产率球霰石纳米空球。 第四章研究了镁离子对无定形碳酸钙转化的影响。在4-6℃,由碳酸钠与氯化钙溶液直接混合后制备得到不同钙镁比的无定形碳酸钙。结果显示,无定形碳酸钙中的镁含量直接影响产物的相和形貌;水量和转化时间也对相和形貌有影响。同时通过外加含镁溶液诱导无定形碳酸钙颗粒的相转化得到了文石。 第五章:在没有任何添加剂的情况下,我们合成得到了两种无定形碳酸钙。通过研究,初步表明这两种无定形碳酸钙具有不同的内部结构。


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