皇冠APP(www.huangguan.us):破镜可以重圆? 浙大团队找到无机块体质料制备新途径

admin 3个月前 (08-05) 财经 47 2

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微信民众号“浙江大学”6月25日新闻,坠欢重拾是家喻户晓的一个成语故事,讲的是南朝陈将要消亡时,驸马徐德言把一个铜镜破开,与妻子乐昌公主各持一半,作为信物,厥结果真由半边镜子作为线索而得以伉俪团圆。

故事的下场虽然完善,可是,破镜真的能严丝合缝地“重圆”吗?也许从宏观上看两块半边镜子是合二为一了,但实在内部照样有许多裂纹和清闲,重圆的镜子很容易再破掉。

图源:微信民众号“浙江大学”,绘图:高裕华

浙江大学化学系唐睿康教授与刘昭明研究员互助最新研究发现,可以通过调控无定形碳酸钙颗粒内部的结构水含量和外部压力来实现无定形碳酸钙颗粒的融合,这种行使质料自身结构特征促进传质的战略战胜了传统烧结的不足,为制备无机块体质料提供了新的方式,尤其是提供了主要的制备战略。根据这个方式,破镜就真能内外如一地“重圆”了。

北京时间6月25日,这项功效被国际顶级期刊《科学》刊登。论文第一作者是浙江大学化学系博士生慕昭和孔康任,通讯作者是浙江大学化学系刘昭明研究员和唐睿康教授。研究事情获得华东师大姜凯副研究员、北京高压科学中央董嘹亮博士和浙大求是高等研究院徐旭荣教授的支持。

“硬骨头”无机物若何从粉末变块状?

碳酸钙是地球上常见的物质之一,普遍存在于霰石、方解石、白垩、石灰岩、大理石、石灰华等岩石内,它照样动物骨骼或外壳的主要因素。与此同时,作为一种无机化合物,它也是工业上的常用质料。

若是用现有的人工方式来制造碳酸钙,往往只能获得微米巨细的白色粉末。但在现实的生发生涯中,我们需要的一样平常都是“大块头”质料。若何把粉末状质料“酿成”块体质料,是提升无机质料性能的一道坎。

“弹性大、可塑性强的有机质料相对容易形变,像碳酸钙这样的无机化合物又硬又脆,要做成块体质料难度就大多了。”唐睿康先容说,因此在许多无机物的修补中,例如文物珍爱、牙齿修复领域,普遍用的照样有机物修补质料。可是,事实不是“同根生”的,纵然补上去的有机质料从外表上看和原有的无机化合物一模一样,但由于内在相融性欠好,照样会泛起裂痕、易损等征象,从性能上来说,无机质料比有机质料更靠近理想状态。

若何做到“形似又神似”?基本的途径照样要用无机质料来修补无机物。这里要解决的一个要害问题就是无机块体质料的制备。

以往,无机块体质料通常是由无机颗粒通过烧结而制备获得的,好比陶瓷就是在1000摄氏度左右的高温下烧制而来的。然而外面上看是“手拉手”黏连在一起了,但实在并没有完全融合,颗粒之间仍然有清闲,内在结构仍然是“你是你,我是我”,最终影响了质料的机械性能。而且,许多对温度敏感的生物矿物和生物质料还不能用高温烧结的方式来制备。

突破口在那里?科学家试图从大自然中寻找谜底。既然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生产具有延续结构的矿物骨骼,那么是否可以通过这种方式来仿生地解决传统方式中粉末变块体的难题,实现温顺环境下无机块体质料的制备呢?

几块石头融合成一块石头

此前唐睿康团队的一项功效――“无机离子聚合”,可以实现实验室里厘米尺寸的碳酸钙晶体质料的快速制备,而且这些碳酸钙的制备历程有很强的可塑性,可以像做塑料一样根据模具形状长成各式容貌,这项研究于2019年10月揭晓在国际顶级杂志《自然》(《Nature》)上。

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“2019年的这项研究是从零最先合成碳酸钙晶体大块质料,我们这次事情要研究的是若何把已有的碳酸钙粉末质料酿成大块质料,好比是把几块石头融合成一块大石头。两项事情可以说是殊途同归。”唐睿康说。

正是在前面这次事情的研究历程中,慕昭发现了一个有趣的征象,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合为一体了。

那时慕昭还没想明了征象背后的缘故原由,但唐睿康激励慕昭继续深挖下去,多问几个为什么。

原来,无定形碳酸钙颗粒在结晶历程中,水分子一直饰演着主要的角色。虽然之前科学家注重到了这一征象,但对结构水的功效、流动性和结构稳固性之间的关系还缺乏深入研究。

慕昭和孔康任进一步研究发现,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,从而促进内部物质传输历程,最终导致无定形颗粒的融合。“水含量不足不能形成水通道,而太多的水将会形成一种新的水团簇,导致无定形碳酸钙颗粒结晶。”

而水的调控可以通过通俗加热的方式实现,当一个碳酸钙分子对应0.2-1.1个水分子的时刻,再施加0.6-3.0 GPa的压力,就能实现无定形碳酸钙颗粒在压力下的融合。团队由此乐成构建了具有延续结构的碳酸钙块体质料。

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,确实是内外如一地完全融合了。“石头是刚性的,水是柔性的,当石头内部含有合适量的结构水,在压力下这种石头就像橡皮泥,挤压时发生融合征象,到达‘你中有我,我中有你’的境界。”刘昭明说。

图片 左上:水团簇的示意图,水团簇内部有由水分子所形成的水通道(深紫色);右上:块体质料机械性能的对照,插图是未融合与完全融合的颗粒形成的块体质料的光学透过性对照;下图:随着压力增大,颗粒逐渐从不融合向完全融合转变的SEM图片。

质料合成的新大道

由于新的制备模式做出来的碳酸钙块状质料具有延续结构,它的光学透过性和机械性能都异常好,硬度为2.739 GPa,弹性模量为49.672 GPa,这些性能优于大多数的水泥基块体质料,甚至与方解石单晶的性能相近。而且这种方式不需要高温,以是制备起来也对照快速利便。“若是未来能把所需压力降下来,就加倍贴近现实应用了。”孔康任说。

唐睿康说,这项事情辅助我们更好地熟悉并模拟生物矿化历程。例如深海中顶级掠食者之一――龙鱼透明牙齿的成因:深海高压环境和无定形矿物都示意着这种具有延续结构牙齿的形成条件。

同时,研究中动态水通道的发现提出了一种新的可能的物质存在方式:类液体。在我们的一样平常熟悉中,固体就是固体,液体就是液体,两者界线明白。然则未来,固体和液体之间可能另有一其中央态。

“我们进一步实验发现,融合征象适用于多种无机离子化合物。且除了水分子以外,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。这就充实展示了提高固态质料流动性的潜在方式,为固体质料的融合提出了新的认知,有望使固态无机质料在常温下也可以具有类似液体的性子。”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。”

唐睿康说,这项研究的乐成得益于团队在生物矿化领域的耐久耕作和无机离子聚合偏向上的新认知,稀奇是面临前沿问题人人能群策群力想设施,“基础研究的创新是从零最先‘生长’,而不是在其余根上着花效果,以是稀奇需要自由探索的土壤和气氛。”

据领会,本研究获得上海同步辐射中央张丽丽、浙江大学化学系剖析测试平台陈芳的手艺支持。研究事情受到国家自然科学基金(21625105,22022511,21805241,61805081)、国家重点研发项目(2020YFA0710400)、中央高校基本科研营业费(2021FZZX001-04)的资助。

网友评论

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最新评论

  • 新2最新网址 2021-07-16 00:02:56 回复

    孙�,男,汉族,1966年2月出生,今年55岁,甘肃通渭人,在职博士研究生学历。1992年7月加入事情,1995年6月加入中国共产党。看起来很好哦。

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  • 皇冠APP下载 2021-08-05 00:02:56 回复

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    宝贝冲大结局呀!

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