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Biomimetic Synthesis of Nacre Composite

作　者: 胡艳丽
导　师: 裴重华
学　校: 西南科技大学
专　业: 应用化学
关键词: 鸡蛋蛋清 仿生合成 珍珠层 碳酸钙 天冬氨酸
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本文根据鸡蛋清含有与珍珠层类似的多种蛋白质这一特点,用鸡蛋清作为有机基质仿生合成了类珍珠层叠层结构碳酸钙复合材料。主要研究内容如下:（1）利用鸡蛋清中的蛋白质在碱性条件下变为凝胶的特性,采用直接沉淀法制备叠层结构碳酸钙复合材料。研究了反应条件（如矿化温度、鸡蛋蛋清浓度、干燥方式等）对叠层碳酸钙复合材料的形貌和晶型的影响,获得了其最佳工艺条件:矿化温度15±2℃,矿化时间2h,加入鸡蛋蛋清的浓度为7g/L,在55℃下直接干燥。扫描电镜和透射电镜测试结果表明该条件下制备的叠层碳酸钙晶体是由纳米粒子组成,结合红外光谱和X射线衍射图解释了其成因,纳米压痕仪测试其平均弹性模量为0.9952 GPa,平均硬度为0.0415 GPa。（2）通过分析珍珠的形成过程,运用气体扩散方法,以鸡蛋清作为有机基质制备叠层碳酸钙复合材料。研究了CaCl2的浓度、鸡蛋清的浓度、矿化时间对碳酸钙晶体的形貌和晶型的影响。随着反应时间的延长,碳酸钙晶体逐渐形成叠层材料,叠层结构晶体的层间距减小,每片晶体的厚度减小,球霰石型碳酸钙晶体逐渐转化为能量稳定的方解石型碳酸钙晶体。最佳工艺为:CaCl2的浓度为0.30M,鸡蛋蛋清的浓度为0.0150 g/mL,矿化时间为15-36h,矿化温度28±2°C,55°C下直接干燥。（3）选取天冬氨酸作为有机基质,通过气体扩散方法制备类珍珠结构的叠层碳酸钙复合材料。研究了天冬氨酸的浓度、矿化时间对碳酸钙晶体的形貌和晶型的影响。结果表明鸡蛋清中的天冬氨酸对于形成叠层碳酸钙晶体起到了重要的调控作用。随着矿化时间的延长,晶体的晶面间距减小,每片晶体的厚度减小,球霰石型碳酸钙晶体逐渐转化为方解石型碳酸钙晶体。当天冬氨酸的浓度为0.30 g/L-1.00g/L,矿化时间6-15h得到的叠层碳酸钙复合材料与珍珠层结构最为相似。本文的研究为寻找珍珠层有机基质的模拟物提供了一条新的思路,且叠层结构碳酸钙的合成具有工艺简单、环境友好、过程可控、样品制备量大的特点,将对生物材料的仿生矿化研究起到积极的促进作用。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-25
  1.1 仿生合成技术简介  9-11
  1.2 生物矿化过程及生长机理  11-12
  1.3 生物矿化的过程中有机质对碳酸钙的控制作用  12-14
    1.3.1 有机质对碳酸钙晶体结晶取向的控制  12-13
    1.3.2 有机基质对碳酸钙晶体的成核诱导  13
    1.3.3 有机质对碳酸钙晶体的生长习性的影响  13-14
  1.4 珍珠层的仿生合成研究现状  14-18
    1.4.1 结构仿生  14-18
    1.4.2 性能仿生  18
  1.5 蛋清的研究进展  18-23
    1.5.1 蛋清的物理组成  18-19
    1.5.2 蛋清的化学组成  19-21
    1.5.3 蛋清的主要功能特性  21-23
    1.5.4 蛋清的材料学研究现状  23
  1.6 论文选题的目的意义及主要内容  23-25
    1.6.1 论文选题的目的及意义  23-24
    1.6.2 课题研究内容  24-25
2 鸡蛋清诱导直接沉淀合成叠层碳酸钙材料  25-40
  2.1 概述  25
  2.2 实验  25-28
    2.2.1 实验材料  25-26
    2.2.2 实验器材  26
    2.2.3 叠层碳酸钙复合材料的制备  26-27
    2.2.4 叠层碳酸钙复合材料的表征  27-28
  2.3 结果与讨论  28-39
    2.3.1 制备条件对产物形貌的影响  28-34
    2.3.2 产物结构表征测试结果及分析  34-38
    2.3.3 叠层碳酸钙复合材料生长过程及机理  38-39
  2.4 本章小结  39-40
3 鸡蛋清诱导气体扩散法制备叠层碳酸钙复合材料  40-50
  3.1 概述  40
  3.2 实验  40-42
    3.2.1 实验材料  40-41
    3.2.2 实验器材  41
    3.2.3 气体扩散法制备叠层碳酸钙复合材料  41-42
    3.2.4 叠层碳酸钙复合材料的表征方法  42
  3.3 结果与讨论  42-48
    3.3.1 SEM 表征与分析  42-47
    3.3.2 XRD 表征与分析  47-48
    3.3.3 FT-IR 图与分析  48
  3.4 本章小结  48-50
4 L-天冬氨酸诱导气体扩散法制备叠层碳酸钙复 合材料  50-61
  4.1 概述  50
  4.2 实验  50-52
    4.2.1 实验材料  50-51
    4.2.2 实验器材  51
    4.2.3 叠层碳酸钙晶体的制备  51-52
    4.2.4 叠层碳酸钙复合材料的表征方法  52
  4.3 结果与讨论  52-60
    4.3.1 制备条件对产物有序结构的影响  53-60
    4.3.2 L-天冬氨酸浓度影响碳酸钙形貌和晶型的机理  60
  4.4 本章小结  60-61
结论  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-73
攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果  73

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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