破镜可以重圆？ 浙大团队找到无机块体材料制备

微信公众号“浙江大学”6月25日报道，破镜重逢是家喻户晓的成语故事。就在南朝陈即将灭亡之际，许德言打破了一面铜镜，将其中的一半与妻子乐昌公主捧在了一起。 ，作为记号，后来这对夫妻以半镜为线索重聚。

故事的结局很完美，但破碎的镜子真的能无缝“重逢”吗？可能从宏观上看，两个半反射镜合二为一，但实际上里面还是有很多裂缝和空隙，圆角镜很容易再次断裂。

来源：微信公众号“浙江”大学”，图：高玉华

浙江大学化学系唐瑞康教授、刘兆明研究员最新研究发现无定形碳酸可以通过调节内部结构水含量和外部无定形碳酸钙颗粒的压力 钙颗粒的融合，这种利用材料的结构特性促进传质的策略克服了传统烧结的缺点，为制备无机块状材料提供了一种新的方法，尤其是一种重要的制备策略。照此方法，破镜真能“调和”内外。

北京时间6月25日，这一成果由国际顶级期刊《科学》发表。论文第一作者为浙江大学化学系博士生穆赵和孔康，通讯作者为浙江大学化学系刘兆明研究员和唐瑞康教授。研究工作得到华东师范大学姜凯副研究员、北京高压科学中心董洪亮博士和浙江大学求是先进研究院徐旭荣教授的支持。

“硬骨头”无机物是如何从粉末变成块状的？

碳酸钙是地球上常见的物质之一。广泛存在于文石、方解石、白垩、石灰石、大理石、石灰华等岩石中。它也是动物骨骼或贝壳的主要成分。 .同时，作为无机化合物，也是工业上常用的材料。

如果用现有的人工方法制造碳酸钙，往往只能得到微米级的白色粉末。但在实际生产生活中，我们需要的一般都是“大”的材料。如何将粉状材料“转”成块状材料，是提高无机材料性能的一道难题。

“弹性大、可塑性强的有机材料相对容易变形，碳酸钙等无机化合物硬而脆，制作块状材料要困难得多。”唐瑞康说，所以在很多无机修复中，比如文物保护、牙齿修复等，都常用有机修复材料。然而，它们毕竟不是“同根生长”。即使添加的有机材料在外观上看起来与原来的无机化合物一模一样，但由于内部相容性差，仍会出现裂纹、易碎等问题。从性能上看，换句话说，无机材料比有机材料更接近理想状态。

如何做到“形似神”？根本途径是利用无机材料对无机物进行修复。这里要解决的一个关键问题是无机散装材料的制备。

过去，无机块状材料通常是通过烧结无机颗粒来制备的。例如，陶瓷是在大约 1000 摄氏度的高温下烧制的。然而，表面上看，它们似乎是“手拉手”粘在一起的，但实际上并没有完全融合。粒子之间仍然存在间隙。内部结构仍然是“你是你我是我”，最终影响材料的力学性能。 .此外，许多温度敏感的生物矿物和生物材料无法通过高温烧结制备。

突破口在哪里？科学家们正试图从大自然中寻找答案。现在越来越多的研究发现，生物体可以通过无定形前驱体颗粒的融合产生具有连续结构的矿物骨骼，这种方法能否仿生解决传统方法中粉末变成块状的问题，达到温和性？环境中的无机散装材料？

几块石头合二为一

唐瑞康团队此前的一项成果——“无机离子聚合”，在实验室里可以达到厘米级大小快速制备碳酸钙晶体材料，这些碳酸钙的制备过程可塑性强，可以像塑料一样根据模具的形状生长成各种形状。这项研究于2019年10月发表在国际顶级杂志《自然》（“Nature”）上。

“2019年的这项研究是从零开始合成一种块状碳酸钙晶体材料。这次我们要研究的是如何将现有的碳酸钙粉体材料变成块状材料，就像是将几块石头融合成一块大石头。两个任务可以说走不同的路线是一样的。”唐瑞康说。

穆兆正是在之前工作的研究过程中发现了一个有趣的现象。在非晶压制过程中碳酸钙颗粒，颗粒的边界逐渐消失，最后合二为一。

当时慕昭还没有弄清楚现象背后的原因，但唐瑞康鼓励慕昭继续挖掘更深一些，多问几个为什么。

原来在无定形碳酸钙颗粒的结晶过程中，水分子一直起着重要的作用。对结构水的功能、流动性和结构稳定性之间的关系缺乏深入研究。

穆兆和孔康仁进一步研究发现，如果水分子能保持在适当的数量，动态碳酸钙内部可以形成水通道，从而促进内部物质传输过程，最终导致无定形颗粒的形成。融合。 “水分不足不能形成水道，水分过多会形成新的水团簇，导致无定形碳酸钙颗粒结晶。”

文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/zonghexinwen/2021/0629/1079.html