学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

无机颗粒材料的仿生制备与形貌控制

作　者: 程蓓
导　师: 赵修建
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料学
关键词: 仿生合成形貌控制沉淀反应高分子 DNA 柠檬酸硫酸钡碳酸钡硫酸锶铬酸钡铬酸铅碳酸钙
分类号: TB321
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 583次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

近年来，具有特殊形貌和尺寸的无机颗粒材料的可控合成已经吸引了越来越多的关注，它们在先进材料、化学、电子等领域有着广泛的应用前景。传统的胶体化学方法难以对材料的形貌和尺寸进行控制。然而，在生物系统中，利用生物大分子作为成核剂、协同调节剂或基质和模板，能够精确地控制生物矿化过程，导致具有特殊形貌和功能有机-无机复合材料的形成。利用有机添加剂或模板控制无机颗粒材料的成核、生长和排列的合成策略已经广泛应用于制备具有复杂和特殊形貌的无机颗粒材料。本论文利用有机高分子作为晶体生长改性剂，合成了几种不同形貌和相结构的无机颗粒材料。主要包括下面几个方面的内容：首先，利用聚苯乙烯-马来酸的交替共聚物(poly-(styrene-alt-maleic acid)(PSMA)作为晶体改性剂通过简单沉淀反应在室温下制备了不同形貌微米级硫酸钡颗粒和碳酸钡晶须。结果显示，通过改变PSMA的浓度、溶液的pH值、溶液中钡离子与硫酸根离子的相对比例R等实验条件能够合成各种形貌的硫酸钡颗粒诸如花形片状团聚体、球形、棒状超结构等。PSMA对碳酸钡晶须形貌有明显的影响，初期制备的碳酸钡晶须均是单晶，其直径大小为100到300nm，其生长方向为[100]方向，随着PSMA浓度的增加，由于PSMA在碳酸钡晶须表面的“盖帽效应”，碳酸钡晶须的直径会略微变小。第二，利用PSMA作为晶体改性剂在室温下制备了单分散花生状介孔硫酸锶颗粒。在PSMA浓度为2g／L时制备的硫酸锶颗粒呈单分散花生状，其颗粒的平均长度和长径比率分别为2μm and 2；所制备的硫酸锶粉末有相对高的BET比表面积和介孔结构，其平均孔径为2.9 nm；并提出了单分散花生状介孔硫酸锶颗粒的形成与进化机理。第三，通过聚合物调制与室温晶化工艺制备了花状铬酸钡晶体，并提出了一个可能的形成机理。第四，通过简单的沉淀和水热方法，不利用任何模板和添加剂成功地制备出单斜且具有方形横截面的铬酸铅纳米棒(其平均长度为6-7μm，宽度为80-150 nm和宽／厚比为2-5)；铬酸铅纳米棒的长度与反应体系的pH值，陈化时的水热处理温度有关；铬酸铅纳米棒的光学性质依赖于它的长度，铬酸铅纳米棒的紫外-可见光吸收强度随着纳米棒长度的增加而稍微减弱，相反，其荧光性能随着纳米棒长度的增加而增强。第五，在DNA存在的条件下，通过碳酸钠和氯化钙的沉淀反应在室温下成功地合成了具有不同表面结构的碳酸钙微球，碳酸钙颗粒的表面形貌或织构可以通过调节DNA的浓度或者DNA和碳酸钙的质量比进行方便的控制。有迹象表明，在生物体内，DNA可以调控无机相的成核与生长，甚至诱导生物体内的生物矿化过程。这项研究对碳酸钙以及其它新型无机材料的仿生合成提供了新的思想。第六，利用聚丙烯酸(PAA)作为添加剂通过沉淀反应在60-80℃制备了单分散立方碳酸钙复合颗粒，PAA和碳酸钙的浓度、PAA和碳酸钙的相对比率、溶液pH值和温度的变化显著影响碳酸钙颗粒的形貌，但是所有的产物均为方解石相；确定了制备单分散立方碳酸钙复合颗粒的最佳条件；所制备的立方碳酸钙复合颗粒中PAA含量大约为1.4％。最后，以柠檬酸作为晶化控制剂，在水溶液中通过碳酸钠和氯化钙的沉淀反应制备不同形貌(如木块状和球形聚集态)的纯方解石颗粒。柠檬酸明显影响产物的形成和形貌；根据理论推导和假设的生长模型，提出了木块状方解石颗粒的形成机理。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-14
第1章绪论  14-30
  1.1 引言  14-15
  1.2 生物矿化原理  15-18
    1.2.1 生物矿化过程  15-16
    1.2.2 生物矿化中有机-无机界面的分子识别  16
    1.2.3 有机大分子对生物矿化的调控作用  16-18
  1.3 生物矿物的特点  18-21
    1.3.1 生物体具有选择性  18-19
    1.3.2 有机-无机复合  19
    1.3.3 非热力学稳定相  19
    1.3.4 结构的高度有序  19-21
  1.4 仿生合成过程中分子作用机理  21-23
    1.4.1 机理模型的提出  21-22
    1.4.2 固体基底对结构的影响  22
    1.4.3 表面活性剂分子与无机离子间作用机理  22
    1.4.4 生物矿化中存在的问题  22-23
  1.5 仿生合成制备  23-27
    1.5.1 内米微粒的制备  23-24
    1.5.2 薄膜和涂层的制备  24-25
    1.5.3 多孔材料的制备  25-26
    1.5.4 复杂形貌无机材料的制备  26-27
  1.6 仿生合成的研究前沿  27-28
  1.7 本文研究内容  28-30
第2章 PSMA对硫酸钡和碳酸钡颗粒形貌的调控  30-49
  2.1 引言  30-31
  2.2 实验部分  31-32
    2.2.1 试剂  31
    2.2.2 硫酸钡的制备  31
    2.2.3 碳酸钡的制备  31-32
    2.2.4 表征  32
  2.3 结果与讨论  32-47
    2.3.1 PSMA浓度对硫酸钡晶体结晶与形貌的影响  32-37
    2.3.2 溶液pH值对硫酸钡颗粒形貌的影响  37-39
    2.3.3 [Ba~(2+)]/[SO_4~(2-)]摩尔比R对硫酸钡颗粒形貌的影响  39-41
    2.3.4 PSMA浓度对碳酸钡晶须结构和形貌的影响  41-44
    2.3.5 溶液pH值对碳酸钡晶须形貌的影响  44-45
    2.3.6 反应物添加顺序对碳酸钡晶须形貌的影响  45-46
    2.3.7 具有不同形貌碳酸钡晶须的形成机理  46-47
  2.4 本章小结  47-49
第3章单分散花生状介孔硫酸锶颗粒的常温制备  49-57
  3.1 引言  49-50
  3.2 实验部分  50-51
    3.2.1 试剂  50
    3.2.2 硫酸锶的制备  50
    3.2.3 表征  50-51
  3.3 结果与讨论  51-56
    3.3.1 硫酸锶晶体的微观结构与形貌特征  51-53
    3.3.2 花生状介孔硫酸锶颗粒的形成过程  53-56
  3.4 本章小结  56-57
第4章铬酸钡晶体的形貌控制  57-64
  4.1 引言  57
  4.2 实验部分  57-58
    4.2.1 试剂  57-58
    4.2.2 铬酸钡的制备  58
    4.2.3 表征  58
  4.3 结果与讨论  58-63
    4.3.1 PSMA对铬酸钡晶体形貌的影响  58-60
    4.3.2 花状铬酸钡晶体的形成机理  60-63
  4.4 本章小结  63-64
第5章铬酸铅单晶纳米棒的无模板制备  64-71
  5.1 引言  64
  5.2 实验部分  64-65
    5.2.1 试剂  64-65
    5.2.2 铬酸铅纳米棒的制备  65
    5.2.3 表征  65
  5.3 结果与讨论  65-70
    5.3.1 铬酸铅纳米棒晶体结构和形貌特征  65-67
    5.3.2 溶液pH值与水热温度对铬酸铅纳米棒形貌的影响  67-68
    5.3.3 铬酸铅纳米棒的光学性能分析  68-70
  5.4 本章小结  70-71
第6章 DNA调控合成具有特定形貌的碳酸钙颗粒  71-81
  6.1 引言  71-72
  6.2 实验部分  72-73
    6.2.1 试剂  72
    6.2.2 碳酸钙微球制备  72
    6.2.3 表征  72-73
    6.2.4 DNA分析  73
  6.3 结果与讨论  73-80
    6.3.1 碳酸钙微球的晶体结构和形貌特征  73-78
    6.3.2 DNA对碳酸钙的形貌和组织结构的调控  78-79
    6.3.3 碳酸钙微球的形成机理  79-80
  6.4 本章小结  80-81
第7章单分散立方碳酸钙颗粒的制备  81-91
  7.1 引言  81
  7.2 实验部分  81-82
    7.2.1 试剂  81-82
    7.2.2 碳酸钙的制备  82
    7.2.3 表征  82
  7.3 结果与讨论  82-89
    7.3.1 PAA浓度对碳酸钙晶体结构与颗粒形貌的影响  83-87
    7.3.2 溶液pH值对碳酸钙颗粒形貌的影响  87-88
    7.3.3 CaCO_3浓度对碳酸钙颗粒形貌的影响  88-89
  7.4 本章小结  89-91
第8章木块状方解石颗粒的简易制备  91-104
  8.1 引言  91-92
  8.2 实验部分  92-93
    8.2.1 试剂  92
    8.2.2 方解石颗粒的制备  92
    8.2.3 表征  92-93
  8.3 结果与讨论  93-103
    8.3.1 柠檬酸浓度对碳酸钙晶体结构和形貌的影响  93-96
    8.3.2 木块状方解石颗粒的形成机理探讨  96-103
    8.3.3 球形聚集态方解石颗粒的形成机理探讨  103
  8.4 本章小结  103-104
第9章水溶性高分子官能团对无机颗粒材料形貌影响初探  104-111
  9.1 引言  104-106
  9.2 实验部分  106
  9.3 结果与讨论  106-110
    9.3.1 不同水溶性高分子对碳酸钙形貌的影响  106-109
    9.3.2 高分子官能团对无机颗粒材料形貌影响的一般规律探讨  109-110
  9.4 本章小结  110-111
第10章结论  111-113
参考文献  113-133
致谢  133-134
附录:攻读博士学位期间已发表的论文  134

无机颗粒材料的仿生制备与形貌控制

内容摘要

全文目录

相似论文