无机仿生合成材料(化工b112班-章象霈)

1、化工化工B112班班 章象霈章象霈 人类探索自然的历程经历了数人类探索自然的历程经历了数千年千年, 然而至今仍然不能对生命的然而至今仍然不能对生命的运作施加任何控制。人体内的细胞运作施加任何控制。人体内的细胞按照遗传既定的程序运做着。这种按照遗传既定的程序运做着。这种自发性从自发性从6 亿年前的单细胞组合开亿年前的单细胞组合开始始, 造就了海藻、水母、昆虫、鸟造就了海藻、水母、昆虫、鸟兽兽, 直至人类这样的多细胞生物体直至人类这样的多细胞生物体，生物化石等等。因而就激发了今，生物化石等等。因而就激发了今天的人类仿造天然的灵感。天的人类仿造天然的灵感。人造关节仿生蝙蝠造出雷达仿生蝙蝠造出雷达长颈

2、鹿的血液循环系长颈鹿的血液循环系统为人类的载人航天统为人类的载人航天事业起到了至关重要事业起到了至关重要的作用的作用 随着人们对材料性能的要求越来越高：材料的流动与运输行为、吸附性能、催化活性、分离效率、粘附性能、声学性能、热学与传质性能。仿生合成技术简介 仿生：通常指模仿或利用生物体结构，生化功能和生化过程的技术。把这种技术用到材料设计，或用天人生物合成的方法获得所需要的材料，如制备具有蜘蛛牵引丝强度的纤维；具备具有海洋贝类韧性的陶瓷或贝类结构的复合材料等。 仿生合成：模仿生物矿化中无机物在有机物调制下形成过程的无机材料合成，又叫做有机模板法生物矿化：是指在生物体内形成矿物质的过程。生物矿化

3、：是指在生物体内形成矿物质的过程。生物矿化有两种形式。一种是生物体代谢产物直接与细胞内、生物矿化有两种形式。一种是生物体代谢产物直接与细胞内、外阳离子形成矿物质，如某些藻类的细胞间文石。另一种是代外阳离子形成矿物质，如某些藻类的细胞间文石。另一种是代谢产物在细胞干预下，在胞外基质的指导下形成生物矿物，如谢产物在细胞干预下，在胞外基质的指导下形成生物矿物，如牙齿、骨骼中羟基磷灰石的形成。牙齿、骨骼中羟基磷灰石的形成。 生物矿化的类型：控制矿化和诱导矿化。生物矿化的类型：控制矿化和诱导矿化。 生物矿化可以分为生物矿化可以分为 4 4个阶段个阶段 (1)(1)有机质的预组织有机质的预组织 (2)(2

4、)界面分子识别界面分子识别 (3)(3)生长调制生长调制 (4)(4)细胞加工细胞加工 生物矿化过程的四个阶段给无机复合材料的合成指出了重要的途径生物矿化过程的四个阶段给无机复合材料的合成指出了重要的途径1.1.先形成有机物的自组装体先形成有机物的自组装体2.2.无机先驱物在自组装机体与溶液相界面无机先驱物在自组装机体与溶液相界面处产生化学反应处产生化学反应 在自组装模板的作用下形成无机在自组装模板的作用下形成无机/ /有机有机复合体复合体3.3.将有机模板去除（干燥、萃取、溶解和将有机模板去除（干燥、萃取、溶解和煅烧）后即可得煅烧）后即可得 到有组织的具有一定形状的无机材料。到有组织的具有一

5、定形状的无机材料。仿生合成过程中分子作用的机理（1）有机模型的提出）有机模型的提出 深入了解生物矿化和仿生合深入了解生物矿化和仿生合成过程中固体基地、无机离子与有机大分子之间的成过程中固体基地、无机离子与有机大分子之间的作用机理，可为不断开辟合成优质无机复合材料的作用机理，可为不断开辟合成优质无机复合材料的新途径提供理论依据。所有的机理模型均认为有自新途径提供理论依据。所有的机理模型均认为有自组装能力的表面活性剂的加入能够调制无机结构的组装能力的表面活性剂的加入能够调制无机结构的形成；但研究者就无机前躯体、固体基底与表面活形成；但研究者就无机前躯体、固体基底与表面活性剂之间如何作用却达不成共识

6、，因为他们之间作性剂之间如何作用却达不成共识，因为他们之间作用力类型的不同会导致合成路径、复合物形状以及用力类型的不同会导致合成路径、复合物形状以及无机材料尺寸级别的不同。无机材料尺寸级别的不同。（2）固体基底对结构的影响）固体基底对结构的影响 基底与表面活基底与表面活性剂分子间作用力不同，会影响被吸附的表性剂分子间作用力不同，会影响被吸附的表面活性剂层的结构。生物矿化过程中，有机面活性剂层的结构。生物矿化过程中，有机基质对无机相沉积的晶体形状并无决定作用，基质对无机相沉积的晶体形状并无决定作用，它与无机离子和有机模板间的相互作用诱导它与无机离子和有机模板间的相互作用诱导了无机晶体的进而确定了

7、对晶体的生长形态了无机晶体的进而确定了对晶体的生长形态与方向。与方向。表面活性活性分子与无机离子间作用机理表面活性活性分子与无机离子间作用机理人们利用无机仿生合成方法制备了纳米微粒、薄膜、人们利用无机仿生合成方法制备了纳米微粒、薄膜、涂层、多孔材料、和具有与天然生物矿化相似的复涂层、多孔材料、和具有与天然生物矿化相似的复杂形貌的无机材料。杂形貌的无机材料。液晶模板液晶模板微乳液模板微乳液模板（途径）1.利用表面活性剂在溶液中形成反相胶束、微乳或囊泡，这相当于生物矿化中有机大分子的与组织。2.利用表面活性剂在溶液表面自组装形成 L-B单层膜或在固体表面用（L-B）技术形成L-B膜使基片表面带上功能性基团（表面使基片表面带上功能性基团（表面功能）。（表面功能基片：相当于功能）。（表面功能基片：相当于生物矿化中与组织的有机大分子模生物矿化中与组织的有机大分子模板）板）然后浸入过饱和溶液，无机物的功然后浸入过饱和溶液，无机物的功能化表面上发生异相成核生长，从能化表面上发生异相成核生长，从而形成薄膜或涂层而形成薄膜或涂层优点：自组装膜单层的厚度为零点几纳米至优点：自组装膜单层的厚度为零点几纳米至 数纳米，且厚度均匀，结构完整。数纳米，且厚度均匀，结构完整。以静电作用为自组装驱动力基片处理吸附