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研究职员通过通俗加热的方式,实现对水的调控。当一个碳酸钙分子对应0.2—1.1个水分子的时刻,再施加0.6—3.0GPa的压力,就能实现无定形碳酸钙颗粒的融合,把已有的碳酸钙粉末质料酿成大块质料,好比把小石头融合成一块大石头。

在许多无机物的修补事情中,例如文物珍爱、牙齿修复等,普遍应用有机物修补质料。相比弹性大、可塑性强的有机质料,碳酸钙等无机化合物硬且脆、制备成块体质料难度较大。

科技日报记者7月19日从浙江大学获悉,该校化学系唐睿康教授与刘昭明研究员互助研究发现,可以通过调控结构水含量和外部压力,将无定形碳酸钙颗粒融合为具有延续结构的透明块体质料,这为制备无机块体质料提供了主要的制备战略。相关研究论文刊登于国际顶级期刊《科学》上。

参照生物矿化 “小石头”乐成合体

“用有机物修补文物、牙齿等,纵然看上去和原有的无机化合物并无差异,但由于内在相融性欠好,照样会泛起裂痕、易损等征象。”唐睿康先容,要实现“神形兼备”,基本途径是用无机质料修补无机物。

无机块体质料通常是由无机颗粒烧结而成。好比陶瓷是在1000摄氏度左右的高温下烧制成的,但颗粒之间仍然有清闲,内部结构并未融合,最终会影响质料的机械性能。

2019年,唐睿康团队宣布了一项“无机离子聚合”功效,实现了实验室内厘米尺寸的碳酸钙晶体质料的快速制备,而且可以根据模具形状举行制备。

在该项研究历程中,团队成员注重到——无定形碳酸钙颗粒在压制历程中,颗粒界限逐渐消逝,最后完全融为一体。

越来越多的研究发现,生物体可以通过无定形前驱体颗粒融合而发生具有延续结构的矿物骨骼。例如,正是深海高压环境和无定形矿物,为深海龙鱼具有延续结构牙齿的形成提供了条件。

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本次研究中,论文第一作者、浙江大学化学系博士生慕昭与孔康任通过实验发现,若是水分子能保持在一个合适的量,就能在碳酸钙内部形成动态水通道,促进碳酸根离子与钙离子的重新“站队”,加速夹杂,最终实现无定形颗粒的融合。

实验职员通过通俗加热的方式,实现对水的调控。当一个碳酸钙分子对应0.2—1.1个水分子的时刻,再施加0.6—3.0GPa的压力,就能实现无定形碳酸钙颗粒的融合。团队由此乐成构建了具有延续结构的碳酸钙块体质料。

“2019年那项研究是从零最先合成碳酸钙晶体大块质料。本次研究的是若何把已有的碳酸钙粉末质料酿成大块质料,好比把小石头融合成一块大石头,二者殊途同归。”唐睿康示意。

巧用以柔克刚 探索新制备战略

为了验证效果,团队把金纳米颗粒符号在碳酸钙颗粒外面,挤压后通过高分辨透射电镜考察,发现碳酸钙颗粒间没有界面或间隙,内外如一地实现了完全融合。

“石头是刚性的,水是柔性的,当石头内部含有适量的结构水,在压力下就会像橡皮泥一样,在受挤压时发生融合征象。”刘昭明注释道。

据领会,根据研究团队的制备方式做出来的碳酸钙块状质料具有延续结构,其光学透过性和机械性能俱佳,硬度为2.739GPa,弹性模量为49.672GPa,性能优于大多数水泥基块体质料,与方解石单晶的性能相近。

“而且这种制备方式不需要高温,以是制备起来也对照快速利便。”孔康任说,若是未来能把所需压力降下来,就将加倍贴近现实应用。

研究团队进一步实验发现,此类融合征象适用于多种无机离子化合物。“除了水分子以外,其他离子也可以作为添加剂加进去,添加剂会影响碳酸钙的流动性和融合性。”孔康任说。

唐睿康示意,这项研究展示了无定形相在质料加工中的优势,赋予人工块体质料新的制备模式,有望应用在生物、医学、质料等领域。

论文评审专家以为:“这项新颖且富创新性的研究对设计新型陶瓷及陶瓷/有机复合质料具有潜在的引领意义,对提升质料力学性能有主要价值,尤其是针对热敏感质料。”

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