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棱柱状碳酸钙仿生薄膜的晶种外延矿化诱导构筑及其应用

批准号:
21875193
项目类别:
面上项目
资助金额:
68.0 万元
负责人:
姜源
依托单位:
学科分类:
智能与仿生材料化学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
张志森、杨丽坤、张秀明、贺媛、刘明风、李明、易涵婧、王丹、帅晨曦

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
本项目拟通过仿生矿化手段,构筑具有棱柱微结构的碳酸钙薄膜。与已有仿生矿化研究相比,本项目设计的新颖性及挑战在于学习贝类棱柱层中存在的空间结构异形现象,设计颗粒状种子层以实现诱发外延矿化。本路线设计得到的碳酸钙仿生薄膜材料应具备以下三个重要结构特征:致密堆积的棱柱微结构、结构单元的高度取向性及宏观尺度上的结构连续性。上述路线设计所获得的仿生薄膜应具备优异的强度及硬度、(超)浸润性能、良好的生物相容性等一种或多种结构功能。在此研究基础上,进一步制备三维有序棱柱状薄膜,使得矿物薄膜具有各项异性浸润及耐刮擦性能,还将利用时间分辨技术和原位观测手段对种子层矿化进行动力学研究,以明确高分子基底表面种子层的生长机制。本项目研究可以有效的丰富仿生矿化的制备技术手段,所建立的仿生矿化模型体系也有助于深化人们对于生物矿化机理的认识。
英文摘要
This project aims for design of biomimetic route for fabrication of prismatic-type CaCO3 thin films. The novelty of this work lies in the employment of the seed layer for epitaxial growth of CaCO3 thin films, which is inspired by the presence of spacial structural heterogeneity found in numerous biominerals. Accordingly, the CaCO3 thin films obtained should carry three essential structural characters, namely densely-packed microprisms, orientational preference on the vertical direction, and structural uniformity. Therefore, they should exhibit structural functions like remarkable mechanical performances, emerging superwetting behaviors, and excellent biocompatibility. Furthermore, this pathway is extended for design of 3D-oriented prismatic-type CaCO3 thin films. Beyond biomimetic mineralization to prismatic-type synthetic minerals, the growth of the seed layer is essential for the success of the current study. Time-resolved techniques are planed to be employed for kinetic studies for discovering the underlying mechanism. The current study can enrich biomimetic mineralization techniques and our understanding of biomineralization.
棱柱结构是生物矿物中最常见的复杂结构形态之一。现有的仿生研究多集中在多层结构的构建方面,相关策略已经取得成功,并制备了多种结构和性能优异的仿生材料。与之相比,棱柱结构难以通过材料加工手段进行大规模制备,仿生矿化策略虽是较为可行的研究方案,但相关合成策略亟待发展。在此背景下,我们在本项目资助下系统发展了纳米籽晶外延矿化策略构建棱柱状碳酸钙膜结构。通过构建矿化微环境,成功调节了该结构生长过程中的多个结构参数,如取向、晶型、有机质含量、功能分子掺杂等,实现了棱柱结构的可控合成;通过调控棱柱膜表面微纳结构,成功制备了具有超浸润性能且力学性能优异的仿生多级有序结构;通过将仿生矿化策略与木材功能化相结合,增强了木材表面的力学性能及阻燃性能。我们也在该项目资助下发展了合成棱柱结构的新策略,在各类憎水基底表面成功生长了纳米棱柱矿物膜,大幅提升了塑料基底的摩擦学性能。同时,我们也发展了仿生功能多孔固体构建策略,获得了具有导电性能的二维连续及图案化框架结构。本研究发展了两种棱柱结构的合成新策略,有效丰富了仿生矿化策略,所建立的仿生矿化模型体系也有助于深入理解生物矿化机理。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c00863
发表时间: 2021
期刊: Langmuir
影响因子: 3.9
作者: [Yu-xuan Feng, Yue-E Wen, Xiang-Dong Liu, Xiaopeng Xiong, Yuan Jiang]
通讯作者: Yuan Jiang
DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c05094
发表时间: 2022-11
期刊: ACS Sustainable Chemistry & Engineering
影响因子: 8.4
作者: [Tian Fei, Han-Jing Yi, Robert Zboray, Xiao-Qiang Yan, Si-Si Song, Lei Ren, Huizhang Guo, Yuan Jiang]
通讯作者: Yuan Jiang
Spontaneous Adsorption of Graphene Oxide on Multiple Polymeric Surfaces
氧化石墨烯在多个聚合物表面的自发吸附
DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c01214
发表时间: 2021
期刊: Langmuir
影响因子: 3.9
作者: [Huang Qi-Qi, Wen Yue-E, Bai Hua, Zhang Zhisen, Jiang Yuan]
通讯作者: Jiang Yuan
Continuous and Patterned Conducting Polymer Coatings on Diverse Substrates: Rapid Fabrication by Oxidant-Intermediated Surface Polymerization and Application in Flexible Devices
不同基材上的连续和图案化导电聚合物涂层:通过氧化剂介导的表面聚合快速制造及其在柔性器件中的应用
DOI: 10.1021/acsami.0c20159
发表时间: 2021-01-21
期刊: ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子: 9.5
作者: [He, Yuan, Pan, Deng, Bai, Hua]
通讯作者: Bai, Hua
9
    棱柱状高镁方解石类单晶结构的取向生长、性能优化及形成机制
    • 批准号:
      22375171
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      50万元
    • 批准年份:
      2023
    • 负责人:
      姜源
    • 依托单位:
    发展耗散型反应-扩散系统构筑类珍珠层矿物多级有序结构
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      --
    • 资助金额:
      63万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      姜源
    • 依托单位:
    发展耗散型反应-扩散系统构筑类珍珠层矿物多级有序结构
    • 批准号:
      22075235
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      63.0万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      姜源
    • 依托单位:
    非经典结晶路线制备新颖的纳米药物超结构
    • 批准号:
      21303144
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      26.0万元
    • 批准年份:
      2013
    • 负责人:
      姜源
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金