矿藏基结构资料(Mineral-based bulk structural materials)是一类用量极大、用处极广的资料,这些资料功用的提高无疑将明显推进工业制作业的开展。自然界中的生物经过长时间进化,形成了各类功用优胜的生物矿藏资料(图1)。这些生物矿藏资料的优胜功用依赖于其自分子标准至微观的多级次结构,例如珍珠母的片层状结构和石鳖牙齿中的柱状结构。探求源自生物矿藏资料的结构规划原理无疑将为人工矿藏基新资料的研制供给重要启示和根据,但是如安在人工资猜中规划和制作这些杂乱结构,一直是困扰科学界的难题。
图1. 生物矿藏结构资料的杂乱多级次结构。(a)珍珠母层状结构及增韧机理;(b)石鳖牙齿的分层结构及层内取向结构。
近来,我国科学技术大学俞书宏院士团队应邀在美国化学会Journal of the American Chemical Society上宣布了题为“Matrix-D irected Mineralization for Bulk Structural Materials”的Perspective总述论文,提出了一种受生物矿藏体内成长进程启示的制作战略,经过学习生物矿藏在预结构化模板诱导下的受控成长,完成具有多级次结构的矿藏基仿生新资料的可控制备。合肥微标准物质科学国家研究中心茅瓅波副研究员为该论文的榜首作者。
图2. 根据结构诱导矿化战略构筑的杂乱多级次结构人工矿藏基结构资料。(a) “结构诱导矿化”法制备人工珍珠母;(b)人工珍珠母的精细结构调控及功用。
该战略提出了一类生物矿藏(例如珍珠母)的层状结构可经过层状模板诱导文石相碳酸钙堆积来制作,这种“结构诱导矿化战略”以化学矿化与物理拼装相结合的办法,为处理矿藏基结构资料制备进程中结构精度与制备功率无法兼得这一问题供给了有效途径。作者首要回忆了人工矿藏基结构资料的两类首要制备办法,即增材制作与外场诱导,其一起特点是微纳结构基元首要是经过物理效果进行拼装。作为比照,剖析了生物矿藏结构资料的成长进程,以为具有跨标准杂乱结构的生物矿藏结构资料不只利用了物理拼装进程,一起还触及化学成长进程的精准调控,并以珍珠母为例具体论述了这种生物矿藏资料的组成进程,回忆了与生物矿藏结构资料制备及其功用严密相关的机制。经过对生物矿藏结构资料成长组成进程和规则的总结,提出了结构诱导矿化战略,总结了该范畴国际上已获得的最新开展,展现了这种新战略的可行性和优胜性。
最终,作者展望了结构诱导矿化战略的未来开展趋势,描绘了完成高效和精准制作高功用人工矿藏基资料的路线图,即经过运用更多拼装办法与成长办法的结合,拓宽所成长的矿藏品种并使之功用化,将有望制作具有使用导向型多级次结构规划及多功用耦合的仿生矿藏基结构资料。