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
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:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
姜源
中文摘要
软体动物壳中的珍珠层是最重要的生物矿化模型体系。由于珍珠层依靠其层状多级有序结构有效地兼顾了强度和断裂韧度,可控制备类珍珠层结构成为了仿生研究的重要目标之一。与实用型仿生方法不同,生物矿化采用了基于自组织矿化的合成策略实现珍珠层生物矿物的可控构筑。本项目计划发展基于耗散型反应-扩散系统可控合成类珍珠层矿物的普适型策略,通过构筑仿外套膜空间,利用空间内部的反应-扩散动力学及软物质协同效应共同引导”砖-泥“结构生成并优化构效关系。探索仿外套膜空间介导的多步相转变时空动力学及相关物理化学机制;结合仿外套膜空间的离子输运与多层次软物质动态组装行为,精准构筑宏观有序类珍珠层矿物多级结构;调控仿外套膜空间内部多尺度矿物-软物质界面相互作用,合理创制高性能仿生矿物。这不但有助于拓展绿色材料合成方法,也为深入探究生物矿化机制提供了思路。
英文摘要
To date, nacre is the mostly studied biogenic form, as it can reconcile resilience and strength by taking advantage of its “brick-and-mortar” architecture. Though a tremendous amount of nacre-mimic materials has been delivered via mineralization in layered scaffolds or ordered assembly of 2D nanoplatelets, efforts to impart self-organized, nacre-like materials nevertheless are almost unknown. Here we synthesize self-organized, nacre-like crystalline films via the organization of reaction-diffusion systems. The use of mantle-mimic compartments turns local deposition an oscillation system comprising the continuous diffusion of calcium cations in compartments and their periodic consumption ascribed to mineralization. The kinetic study, plus the structural and componential analyses of both mineralized and soft constituents, gives rise to our understanding of the structure-function relationship of nacre-like minerals. The fundamental insight gained from this self-organized system will significantly expand the toolbox of crystallization methods and allow the rational design of biomimetic hybrids with hierarchical architecture and related properties, and in a meantime, deepen our understanding of underlying mechanism of biomineralization.
无机-有机多层结构是仿生材料化学中最重要的模型体系之一,也是研究最为广泛的仿生结构之一。尽管目前已有多种方法,如纳米组装和预结构化模板等,成功制备了该层级化结构,但通过自组织过程实现这类结构的生长仍鲜有报道。受软体动物在微腔中生长珍珠层的生物策略启发,我们首次利用渗透型微腔实现了无机-有机多层结构的自组织生长。通过控制微腔内外物质的周期性扩散,精准调控无机沉淀与有机薄层的自组织生长过程。同时,优化反应溶液的成分,实现了对多层结构微观结构及力学性能的广泛调控。总之,我们通过自组织矿化过程成功制备了无机-有机多层结构,并系统地在多个尺度上对其进行了调控,包括无机组分及晶型、矿物层厚度以及有机组分种类和厚度。此外,我们还发展了相关理论,以解释该多层结构的生长机制。在该项目的资助下,我们发表了11篇文章,申请了2项专利,培养了7位硕士生。
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
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批准号:22375171
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:姜源
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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
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:63万元
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批准年份:2020
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负责人:姜源
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依托单位:
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
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批准号:21875193
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项目类别:面上项目
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资助金额:68.0万元
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批准年份:2018
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负责人:姜源
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依托单位:
非经典结晶路线制备新颖的纳米药物超结构
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批准号:21303144
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2013
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负责人:姜源
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依托单位:
国内基金
海外基金