[01466876]可控形貌功能碳酸钙复合物合成及机理研究

生物组织中的碳酸钙具有多种晶型、形态的多样性、尺寸的均一性和结构的有序性引起了化学、生物及材料科学工作者的广泛关注。人们发现，这些碳酸钙不仅在结构支撑上具有惊人的机械性能而且很多具有独特的生物功能性。如方解石微晶是棘皮类生物的感光器官、层状结构的天然复合物如珍珠质和软体动物的贝壳具有极强的力学性能、类似海藻小球的多孔文石壳具有独特的复杂形貌、极高的空隙率和比表面。而无一例外地，人们进一步的研究发现，只有这些碳酸钙复合物具有确定而特殊的形貌、有序结构和尺度的均一性，才有可能使其具有这些特殊的功能性。传统的结构形貌控制方法一般都通过控制反应物浓度、溶液pH值、反应时间、温度、添加剂种类和数量实现的。但是由于晶体生长的物理化学条件要求苛刻、影响因素复杂，结构形貌往往难以精确控制。许多特殊晶型或形貌的晶体需要在极端条件下（如高温、高压、超重）改变元素稳定价态、禁代宽度及轨道分布才能得到。而在自然界中生物在常温常压的条件下，利用环境中极其简单常见的组分通过一系列节能、无污染的过程就能得到非常有序排列的结构及性能完美的复合材料。经过研究人们发现这可能是生物体分泌的有机质调控了无机物晶型、尺寸、取向、结构和形貌从而形成具有特殊性能的复合物。双亲嵌段共聚物在高级结构上与蛋白质有相似的地方，而且共聚物不同嵌段的热力学不相容性会导致体系的相分离。而高分子嵌段间的化学键连及高分子链长处于纳米尺度，在水相中形成纳米相分离。通过嵌段比例、长度的调节可实现不同的自组装纳米微结构如球形、棒状、层状等，在体相中易形成高度有序的三维纳米相结构。双亲嵌段共聚物在水溶液中这种类似于蛋白质的高级结构使合成结构有序、形貌易于调控的有机/无机纳米复合材料成为可能。因此，我们选择水溶性双亲嵌段共聚物PS-b-PAA和PEO-b-PMAA为模板合成介观尺度碳酸钙复合物。研究了合成工艺条件对碳酸钙复合物的形貌、尺度、均匀性的影响，得到了特殊形状、尺寸可控、结构有序的碳酸钙复合物。观察了双亲嵌段共聚物在溶液中的空间伸展构象与复合碳酸钙微结构的关联，提出了初步的模板作用机理。测试得到的碳酸钙复合物物化性质，探索其在生物、医学、工业、陶瓷等各方面领域的潜在应用。本项目的研究涉及到化学、材料科学和纳米科学等多学科的交叉，对于开拓无机物合成的新方法、合成新型无机复合物，促进纳米材料科学，深入了解化学环境与无机物的微观结构、聚集形态的形成以及其功能性之间的关联性有重要的科学意义。另外，宁波地处海滨，有着丰富的贝壳类碳酸钙资源，本项目的研究也为这类资源的广泛应用提供了一定的基础。