无机材料仿生合成技术5.1无机合成的实例5.2

无机材料的仿生合成技术5.1无机材料的仿生合成5.2仿生合成实例5.2.1多孔材料的合成5.2.2纳米粒子的合成5.2.3薄膜和涂层的合成5.3总结5.1无机材料的仿生合成一、仿生技术介绍仿生合成是一个品牌-新型无机材料合成技术。 1990年代中期，当科学家注意到生物矿化过程中的分子识别、分子自组装和复制构成了多彩的自然，并开始有意识地利用这种自然原理来指导特殊材料的合成，提出了仿生合成的概念。出生于。被提议。仿生合成技术模仿无机物在有机物调控下的形成机理。在合成过程中，首先形成有机物的自组装体，无机前驱体在自组装体与溶液的界面发生化学反应。在此作用下形成无机P-有机络合物，然后去除有机模板，得到具有一定形状的有机化无机材料。模板在仿生合成技术中发挥着重要作用，不断变化的模板是制备不同结构和性能的无机材料的前提。目前用作模板的物质主要是表面活性剂，因为它们在溶液中可以形成胶束、微乳液、液晶和囊泡等自组装体，生物大分子和生物体内的有机物也是选用的模板。先进光电子技术制造的模板也可用于合成特殊无机材料。

4/2/2016 仿生合成技术的出现和应用为制备具有各种特殊物理化学性质的无机材料提供了广阔的前景。以有机大分子为模板控制无机材料结构的仿生技术被认为是近年来化学发展的新趋势。通过调整聚合物的尺寸和修饰胶体粒子的表面，无机材料的初始形成是“量身定做”的。获得介观尺度的无机-有机材料。近年来，无机材料的仿生合成已成为材料化学的研究前沿和热点。虽然仿生合成的机理还有待进一步证实和探索，但相信在不久的将来，通过仿生技术，将会诞生更多的多功能无机材料。 4/2/2016 二、仿生材料的概念 仿生材料是参照生命系统的规律和器官材料的规律设计和制造的人造材料。 4/2/2016 三、生物矿化界面分子识别。在形成的大分子组装体的控制下，无机物质在有机/无机界面处从溶液中成核。分子识别表现为有机大分子通过晶格几何特征、静电相互作用、极性、立体化学因素、空间对称性和基质形态等影响和控制无机物质的成核位点和界面处结晶物质的结晶。选择，结晶形式。方向和形态。生长调节。无机相通过晶体生长组装成亚基，其形状、大小、取向和结构受有机分子组装体的控制。 4 细胞处理。

在细胞参与的情况下，亚基组装成更高级的结构。这一阶段是造成天然生物矿化材料与人造材料存在差异的主要原因。 4/2/2016 这种在有机调制下模拟生物矿化中无机物形成过程的无机合成材料称为仿生合成，也称为有机模板法或模板合成。已通过仿生合成制备了具有类似于天然生物矿物的复杂形态的纳米颗粒、薄膜、涂层、多孔材料和无机材料。仿生材料研究的假设及其应用 航天工业 双武器雷达 太空宇航员 血液循环 薄壳建筑 迷彩服 介绍 5个仿生学的典型例子，让你更接近这个学科。 （1) 蜘蛛丝和防弹衣（2） 长颈鹿和宇航员血液循环（3） 蝙蝠和雷达）（4） 飞行和航空航天（5） 鹰和电子鹰眼） （1）蜘蛛丝和防弹衣蜘蛛丝是一种特殊的优质材料无机膜反应器，迄今为止人类还没有能够生产出像它一样具有超强强度和弹性的化学物质。对丝绸的深入研究发现了更多的奥秘蜘蛛丝。他们认为蜘蛛丝可以用来制作防弹衣。首先，蜘蛛丝具有非常好的延伸力，而且蜘蛛​​丝极强的弹性非常适合子弹的冲击能量。缓冲作用，是防弹衣的理想材料。蜘蛛丝的另一大特点是不易变脆。

实验表明，蜘蛛丝在-50-60摄氏度的低温下开始变脆，而大多数现有的聚合物在达到-10摄氏度时就会变脆。 （3）蝙蝠雷达蝙蝠可以在黑暗狭窄的洞穴中自由飞行，避免碰撞，因为蝙蝠本身就是天然的“雷达”。蝙蝠飞行时，会发出非常高频的声波，当声波击中障碍物，会被反射回来，它的耳膜可以分辨障碍物的方位距离，每只蝙蝠都有自己的频率，可以分辨出自己的声音，互不干扰。雷达也是一样。工作时，雷达天线将发射机提供的电磁能量向空间中的某一方向辐射，遇到目标时，电磁波会反射回来并显示在屏幕上。目标的存在，还要指出目标的方位和距离。（4）苍蝇——航天事业的讨厌的苍蝇和航天工业的浮夸似乎密不可分，但科学家们哈我们注意到臭名昭著的“臭人”苍蝇具有惊人的嗅觉：它们可以在很远的地方探测到微小的气味。苍蝇的嗅觉感受器分布在触角上，每个感受器都是一个小空腔，与外界相通，含有感觉神经元的嗅杆伸入其中。由于每个小腔内有数百个神经元，所以这个受体非常敏感。当各种化学物质的蒸气作用于苍蝇的触角时，当生物电势从头部的神经节引导时，它可以记录下不同气味产生的物质。电信号，并可测量神经冲动的幅度和频率。

在了解了果蝇嗅觉器官的奥秘后，科学家们受到启发，利用果蝇灵敏快速的嗅觉来模仿一个非常灵敏的小型气体分析仪。这个仪器现在安装在宇宙飞船的驾驶舱内，以揭示宇宙的奥秘。小型气体分析仪还可用于测量潜艇和矿井中的有毒气体，以便及时预警。鹰眼的敏锐度居鸟类之首，是人眼的8倍，视野非常开阔无机膜反应器，双视角度为320度。一只在 2000 米高空翱翔的老鹰可以发现地面上的龙猫等小目标。科学家根据鹰眼的结构和视觉原理，研制出一种类似于鹰眼的搜索探测系统，即一种叫做“电子鹰眼”的先进仪器，它不仅可以扩大飞行员的视野，还能提高视力。可提高地质勘探、海洋救生等工作的效率。 4/2/2016 四、仿生合成材料的应用前景 仿生合成材料是一种具有特殊性能、特殊物理化学性质和潜在广阔应用前景的新型材料。微米级仿生合成材料是优良的隔热隔音材料；具有纳米级细孔结构的分子筛，可根据粒度对细小颗粒进行精确分类，如筛选细菌和病毒；该材料与催化剂相结合，可实现反应与分离过程的有效耦合，如高渗透通量、高分离精度的纯水生产装置；仿生合成磷灰石材料是一种性能优良的新型骨组织结构支架，有望应用于骨组织。在移植手术中；仿生合成制备的纳米材料在光电子学等其他领域也具有广阔的应用前景。

为充分发挥仿生合成技术在无机材料制备中的应用潜力，仿生合成技术的应用研究为仿生合成技术的进一步产业化和产业化提供了过渡桥梁。 4/2/2016 5.2 仿生合成实例5.2.1 多孔材料的合成1、 液晶模板首次在碱性介质中被贝克使用， Mobil公司的Kresge等1992年利用阴阳离子表面活性剂（C 2n+1MeN 硅酸盐或铝酸盐凝胶），一步合成了一系列孔结构规则、孔径分布窄的介孔分子筛材料，即记为 M41S。并且孔的大小可以通过改变表面活性剂的烷基链长度或加入适当的溶剂来控制。 2016 年 4 月 2 日 1994 年，Stucky 等人。使用与合成M41S相同的阳离子表面活性剂作为模板剂，在室温下在强酸介质中合成介孔MCM-41分子筛，其合成机理的两种可能路线如上图所示：4/2 /2016 更直观的仿生合成SiO分子筛基本原理 4/2/2016 2、微乳液模板 模板：水包油乳液（一）合成：仿生合成多孔SiO 阳离子表面活性剂：CTAB（十六烷基三甲基铵）溴化物) SiO 前体: TEOS 油相: 由己烷得到的空心多孔球 直径: 1~10μm 2016 年 4 月 2 日 机理 2016 年 4 月 2 日 3、变形重建 变形重建是指无机材料的相互作用生成的co -与周围反应介质的组合和材料复制。进一步的变化带来了新的材料模式。

这意味着共同合成的产物在母体培养基中经历不断的变化。 4/2/2016 5.2.2纳米粒子合成 纳米粒子的仿生合成主要有两种途径一、利用表面活性剂形成相反的胶束、微乳液和囊泡，它们是有机物的预组织生物矿化中的大分子。其内部的纳米级水相区限制了无机成核的位置和空间，相当于一个纳米级的反应器，在其中可以通过化学反应合成纳米颗粒。 二、利用表面活性剂在溶液表面自组装形成朗缪尔单层膜或利用朗缪尔-布洛杰（L-B）技术在固体表面形成L-B膜，利用单层膜或L-B膜的有序模板效应纳米级无机晶体的薄膜生长。 2016 年 4 月 2 日 5.2.3 薄膜和涂层的合成 2016 年 4 月 2 日 在具有表面羟基的玻璃表面上形成具有活性头基 X 的三氯硅烷的自组装单层 过程 4/2 /2016 4/2/2016 聚电解质多层膜的逐层组装工艺及结构4/2/2016 超薄多层TiO2/聚合物薄膜的制备工艺4/2/2016 5.3 总结