無(wú)機(jī)仿生合成材料

無(wú)機(jī)材料仿生合成化工B112班章象霈 人類探索自然的歷程經(jīng)歷了數(shù)千年,然而至今仍然不能對(duì)生命的運(yùn)作施加任何控制。人體內(nèi)的細(xì)胞按照遺傳既定的程序運(yùn)做著。這種自發(fā)性從6億年前的單細(xì)胞組合開始,造就了海藻、水母、昆蟲、鳥獸,直至人類這樣的多細(xì)胞生物體，生物化石等等。因而就激發(fā)了今天的人類仿造天然的靈感。人造關(guān)節(jié)仿生蝙蝠造出雷達(dá)長(zhǎng)頸鹿的血液循環(huán)系統(tǒng)為人類的載人航天事業(yè)起到了至關(guān)重要的作用隨著人們對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高：材料的流動(dòng)與運(yùn)輸行為、吸附性能、催化活性、分離效率、粘附性能、聲學(xué)性能、熱學(xué)與傳質(zhì)性能。仿生合成技術(shù)簡(jiǎn)介 仿生：通常指模仿或利用生物體結(jié)構(gòu)，生化功能和生化過(guò)程的技術(shù)。把這種技術(shù)用到材料設(shè)計(jì)，或用天人生物合成的方法獲得所需要的材料，如制備具有蜘蛛牽引絲強(qiáng)度的纖維；具備具有海洋貝類韌性的陶瓷或貝類結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料等。仿生合成：模仿生物礦化中無(wú)機(jī)物在有機(jī)物調(diào)制下形成過(guò)程的無(wú)機(jī)材料合成，又叫做有機(jī)模板法生物礦化：是指在生物體內(nèi)形成礦物質(zhì)的過(guò)程。生物礦化有兩種形式。一種是生物體代謝產(chǎn)物直接與細(xì)胞內(nèi)、外陽(yáng)離子形成礦物質(zhì)，如某些藻類的細(xì)胞間文石。另一種是代謝產(chǎn)物在細(xì)胞干預(yù)下，在胞外基質(zhì)的指導(dǎo)下形成生物礦物，如牙齒、骨骼中羥基磷灰石的形成。生物礦化的類型：控制礦化和誘導(dǎo)礦化。生物礦化生物礦化可以分為4個(gè)階段

(1)有機(jī)質(zhì)的預(yù)組織

(2)界面分子識(shí)別

(3)生長(zhǎng)調(diào)制

(4)細(xì)胞加工生物礦化過(guò)程的四個(gè)階段給無(wú)機(jī)復(fù)合材料的合成指出了重要的途徑1.先形成有機(jī)物的自組裝體2.無(wú)機(jī)先驅(qū)物在自組裝機(jī)體與溶液相界面處產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)在自組裝模板的作用下形成無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合體3.將有機(jī)模板去除（干燥、萃取、溶解和煅燒）后即可得到有組織的具有一定形狀的無(wú)機(jī)材料。仿生合成過(guò)程中分子作用的機(jī)理（1）有機(jī)模型的提出深入了解生物礦化和仿生合成過(guò)程中固體基地、無(wú)機(jī)離子與有機(jī)大分子之間的作用機(jī)理，可為不斷開辟合成優(yōu)質(zhì)無(wú)機(jī)復(fù)合材料的新途徑提供理論依據(jù)。所有的機(jī)理模型均認(rèn)為有自組裝能力的表面活性劑的加入能夠調(diào)制無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)的形成；但研究者就無(wú)機(jī)前軀體、固體基底與表面活性劑之間如何作用卻達(dá)不成共識(shí)，因?yàn)樗麄冎g作用力類型的不同會(huì)導(dǎo)致合成路徑、復(fù)合物形狀以及無(wú)機(jī)材料尺寸級(jí)別的不同。（2）固體基底對(duì)結(jié)構(gòu)的影響基底與表面活性劑分子間作用力不同，會(huì)影響被吸附的表面活性劑層的結(jié)構(gòu)。生物礦化過(guò)程中，有機(jī)基質(zhì)對(duì)無(wú)機(jī)相沉積的晶體形狀并無(wú)決定作用，它與無(wú)機(jī)離子和有機(jī)模板間的相互作用誘導(dǎo)了無(wú)機(jī)晶體的進(jìn)而確定了對(duì)晶體的生長(zhǎng)形態(tài)與方向。表面活性活性分子與無(wú)機(jī)離子間作用機(jī)理人們利用無(wú)機(jī)仿生合成方法制備了納米微粒、薄膜、涂層、多孔材料、和具有與天然生物礦化相似的復(fù)雜形貌的無(wú)機(jī)材料。多孔材料合成納米微粒的合成薄膜和涂料的合成液晶模板微乳液模板納米微粒的合成（途徑）1.利用表面活性劑在溶液中形成反相膠束、微乳或囊泡，這相當(dāng)于生物礦化中有機(jī)大分子的與組織。2.利用表面活性劑在溶液表面自組裝形成L-B單層膜或在固體表面用（L-B）技術(shù)形成L-B膜納米材料薄膜和涂料的合成仿生合成的一種典型的方法使基片表面帶上功能性基團(tuán)（表面功能）。（表面功能基片：相當(dāng)于生物礦化中與組織的有機(jī)大分子模板）然后浸入過(guò)飽和溶液，無(wú)機(jī)物的功能化表面上發(fā)生異相成核生長(zhǎng)，從而形成薄膜或涂層自組裝單層法廣泛用于金屬和氧化物表面優(yōu)點(diǎn)：自組裝膜單層的厚度為零點(diǎn)幾納米至數(shù)納米，且厚度均勻，結(jié)構(gòu)完整。逐層組裝技術(shù)以靜電作用為自組裝驅(qū)動(dòng)力基片處理吸附聚陰（陽(yáng)）離子吸附聚陽(yáng)（陰）離子重復(fù)前2、3步驟多層膜的自組裝過(guò)程及結(jié)構(gòu)