浙江大學(xué)Science：實現(xiàn)仿生人工牙齒制備！
發(fā)布時間：2021-07-01 13:25:12 人氣：3114
近日，浙江大學(xué)化學(xué)系劉昭明研究員和唐睿康教授團(tuán)隊在全球頂級科研期刊《Science》雜志發(fā)表了題為“Pressure-driven fusion of amorphous particles intointegrated monoliths （《壓力驅(qū)動無定形顆粒融合為塊體材料》”的文章，研究團(tuán)隊受大自然的啟發(fā)，制造出一顆仿生的碳酸鈣“牙齒”。他們通過調(diào)控結(jié)構(gòu)水含量與外部壓力，將數(shù)百納米尺度的無定形碳酸鈣顆粒成功融合為毫米尺度的具有連續(xù)結(jié)構(gòu)的宏觀塊體材料，塊體透明，機械性能與單晶方解石相近。
浙江大學(xué)化學(xué)系唐睿康教授與劉昭明研究員合作最新研究發(fā)現(xiàn)，可以通過調(diào)控?zé)o定形碳酸鈣顆粒內(nèi)部的結(jié)構(gòu)水含量和外部壓力來實現(xiàn)無定形碳酸鈣顆粒的融合，這種利用材料自身結(jié)構(gòu)特性促進(jìn)傳質(zhì)的策略克服了傳統(tǒng)燒結(jié)的不足，為制備無機塊體材料提供了新的方法，尤其是提供了重要的制備策略。按照這個方法，破鏡就真能表里如一地“重圓”了。
幾塊石頭融合成一塊石頭
左上：水團(tuán)簇的示意圖，水團(tuán)簇內(nèi)部有由水分子所形成的水通道（深紫色）；右上：塊體材料機械性能的比較，插圖是未融合與完全融合的顆粒形成的塊體材料的光學(xué)透過性比較；下圖：隨著壓力增大，顆粒逐漸從不融合向完全融合轉(zhuǎn)變的SEM圖片。
材料合成的新大道
由于新的制備模式做出來的碳酸鈣塊狀材料具有連續(xù)結(jié)構(gòu)，它的光學(xué)透過性和機械性能都非常好，硬度為2.739 GPa，彈性模量為49.672 GPa，這些性能優(yōu)于大多數(shù)的水泥基塊體材料，甚至與方解石單晶的性能相近。而且這種方式不需要高溫，所以制備起來也比較快速方便。“如果未來能把所需壓力降下來，就更加貼近實際應(yīng)用了。”孔康任說。唐睿康說，這項工作幫助我們更好地認(rèn)識并模仿生物礦化過程。例如深海中頂級掠食者之一——龍魚透明牙齒的成因：深海高壓環(huán)境和無定形礦物都暗示著這種具有連續(xù)結(jié)構(gòu)牙齒的形成條件。同時，研究中動態(tài)水通道的發(fā)現(xiàn)提出了一種新的可能的物質(zhì)存在方式：類液體。在我們的一般認(rèn)識中，固體就是固體，液體就是液體，兩者界限分明。但是未來，固體和液體之間可能還有一個中間態(tài)。“我們進(jìn)一步實驗發(fā)現(xiàn)，融合現(xiàn)象適用于多種無機離子化合物。且除了水分子以外，其他離子也可以作為添加劑加進(jìn)去，添加劑會影響碳酸鈣的流動性和融合性。這就充分展示了提高固態(tài)材料流動性的潛在方法，為固體材料的融合提出了新的認(rèn)知，有望使固態(tài)無機材料在常溫下也可以具有類似液體的性質(zhì)。”這項研究展示了無定形相在材料加工中的優(yōu)勢，賦予人工塊體材料新的制備模式，有望應(yīng)用在生物、醫(yī)學(xué)、材料等領(lǐng)域。論文評審專家認(rèn)為：“這項新穎且富創(chuàng)新性的研究對設(shè)計新型陶瓷及陶瓷/有機復(fù)合材料具有潛在的引領(lǐng)意義，對提升材料力學(xué)性能有重要價值，尤其是針對熱敏感材料。”
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