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浙大这块碳酸钙晶体,登上《自然》杂志

2019年10月22日 09:20:13 来源:科技金融时报 作者:

  浙江大学化学系教授唐睿康团队的一项最新成果,可以迅速在实验室里得到厘米尺寸的碳酸钙晶体大块材料,并且这些碳酸钙的制备过程有很强的可塑性,可以像做塑料一样按照模具形状长成各式模样。用这种全新方法做出来的材料具有结构连续、完全致密的特点,在3D打印和物质修复等领域具有广泛的应用前景。10月17日,这项研究刊登在国际顶级期刊《Nature》)上。

  “此前,在无机化学和高分子化学领域中材料的制备方法是完全不同的,但我们这项成果可以说是打破了两者界限。”唐睿康解释道,他们的研究是把传统有机聚合的方法运用在传统无机材料制备上,提出了“无机离子寡聚体及其聚合反应”的新概念,对传统学科具有一定的颠覆性。

  目前实验室或工业上要合成碳酸钙这类无机物,通常会采用过饱和溶液结晶方法。但由于在结晶过程中产生的晶核很多并且很难控制,所以无法形成少量的大晶体,而是大量的微小晶体。

  研究团队首先想到了一种作用力弱且稳定可控的封端剂——三乙胺。不过,三乙胺和碳酸钙离子的相互结合要有一个媒介——氢键,而这些氢键在实验常用的水溶液中不易形成,研究人员把碳酸钙水溶液换成了碳酸钙乙醇溶液,并加入大量三乙胺分子。通过氢键的牵线搭桥,三乙胺分子以快于其他碳酸根离子的速度跑向某处高浓度碳酸钙离子聚集体,阻断其与外界其他碳酸钙的联系。“这个过程有点像移花接木,让三乙胺分子占据原定的钙离子位置,不让形成的碳酸钙离子继续相互‘牵手’,从而形成无机离子寡聚体。这样,溶液就充满了大量稳定的寡聚体,通过浓缩也可以形成‘一团物质’。”

  通过课题组这种新方式制造的碳酸钙是结构连续、完全致密的,硬度等力学性能更加接近材料的理想状态。碳酸钙无机寡聚体还有一个重要特性就是流动性,能做出胶状物,这样就能通过模具得到各种形状的碳酸钙材料,而过去认为碳酸钙这类无机矿物由于其硬度和脆性很难实现可塑制备。这意味着碳酸钙这类无机矿物也可以根据人们的设计通过制备方法的革新获得多种形状,这样就通过无机聚合反应克服传统无机材料可加工性差的缺点。

  “很多矿物材料比如大理石甚至方解石单晶的结构修复,也可以通过对应的寡聚体聚合实现。”唐睿康说,“而且,钙离子和碳酸根离子可以替换成其他阴阳离子,用于其他无机离子化合物的制造,具有很好的广泛性和通用性。更重要的是,‘无机离子寡聚体及它们的交联聚合’这一个原创的科学新概念,对目前的学科定义和理解具有一定的颠覆性,相信在未来能够引领更多新材料和材料制备发展的创新。”

  本报记者林洁通讯员柯溢能吴雅兰

[编辑: 李伟民]
(本文来源:科技金融时报)
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