仿生材料

聚电解质多层膜逐层组装过程及结构
超薄多层TiO2/聚合物膜的制作过程
第三节 小结
模板： 模板：水包油型乳浊液 合成：仿生合成多孔SiO 合成：仿生合成多孔 2球 阳离子表面活性剂： 阳离子表面活性剂：CTAB（十六烷基三甲基溴化铵） （十六烷基三甲基溴化铵） SiO2前驱物：TEOS 前驱物： 油相： 油相：己烷
所得中空多孔球直径： 所得中空多孔球直径：1~10µm
机理
3、变形重构
二、仿生材料概念
仿生材料是参照生命系统的式样和器官材料的规律而设计制造 仿生材料是参照生命系统的式样和器官材料的规律而设计制造 的人工材料。 的人工材料。
生物仿生材料学(1960年 月第一届仿生讨论会， Steele正 生物仿生材料学(1960年9月第一届仿生讨论会，J. Steele正 (1960 式提出)是一门新型的交叉学科，包括了材料科学与工程、 式提出)是一门新型的交叉学科，包括了材料科学与工程、分子生 物学、生物化学、物理学及其他学科内容。 物学、生物化学、物理学及其他学科内容。
1994年，Stucky 等用与合成M41S是 是 等用与合成 完全相同的阳离子表 面活性剂作模板剂在 强酸性介质中， 强酸性介质中，在室 温合成了中孔MCM温合成了中孔 41分子筛，其合成机 分子筛， 分子筛 理的两种可能途径如 图所示： 图所示：
更直观的仿生合成SiO2分子筛的基本原理
2、微乳液模板
第二节 仿生合成实例
一、多孔材料的合成 1、液晶模板
1992年美国 年美国Mobil公司 公司Beck、Kresge等首次在碱性介质中用阴 年美国 公司 、 等首次在碱性介质中用阴 阳离子表面活性剂（ 阳离子表面活性剂 （ C n H 2 n + 1 MeN + ,n=8~16） 作模板 ， 水热晶化 ） 作模板， （100~1500C）硅酸盐或铝酸盐凝胶，一步合成出具有规整孔道结构 ）硅酸盐或铝酸盐凝胶， 和狭窄孔径分布的新型中孔分子筛系列材料，记作M41S。而且空的 和狭窄孔径分布的新型中孔分子筛系列材料，记作 。 大小可以通过改变表面活性剂烷基链长或添加适当溶剂来加以控制。 大小可以通过改变表面活性剂烷基链长或添加适当溶剂来加以控制。
变形重构是指经共组合和材料复制产生的无 机材料通过与周围的反应介质的相互作用而发生 进一步变化，从而导致材料的新形态花样。它意 进一步变化，从而导致材料的新形态花样。 味着协同合成产物在母体介质中发生延续的变化。 味着协同合成产物在母体介质中发生延续的变化
二、薄膜和涂层的合成
带活性头基X的三氯硅烷在具有表面羟基 的玻璃表面上的自装单层形成过程
仿生合成技术的出现与应用为制备具有各种特殊物理、 仿生合成技术的出现与应用为制备具有各种特殊物理、化学性能的无机材 料提供了广阔的前景。 料提供了广阔的前景。利用有机大分子作模板剂控制无机材料结构的仿生技 术被视为近年来化学发展的新动态，通过调变聚合物的大小和修饰胶体颗粒 术被视为近年来化学发展的新动态， 裁剪” 表面对无机材料形成初期实行 “裁剪”，化学途径能够获得介观尺度的无机 有机材料。近几年无机材料的仿生合成已成为材料化学的研究前沿和热点， 有机材料。近几年无机材料的仿生合成已成为材料化学的研究前沿和热点， 尽管目前有关仿生合成的机理尚有待进一步证实和探索， 尽管目前有关仿生合成的机理尚有待进一步证实和探索，但相信在不久的将 来，通过仿生事成技术，更多的多功能无机材料将会诞生。 通过仿生事成技术，更多的多功能无机材料将会诞生。
无机材料仿生合成技术
无机材料的仿生合成 仿生合成的实例 小结
第一节 无机材料的仿生合成
一．仿生技术简介
仿生合成技术(Biomimetic Synthesis)是一种崭新的无机材料合成技术。90年代中期， 当科学家们注意到生物矿化进程中分子识别、分子自组装和复制构成了五彩缤纷的自 然界，并开始有意识地利用这一自然原理来指导特殊材料的合成时，仿生合成的概念 才被提出。仿生合成技术模仿了无机物在有机物调制下形成的机理，合成过程中先形 成有机物的自组装体，使无机先驱物于自组装聚集体和溶液的相界面发生化学反应， 在自组装体的模板作用下，形成无机P有机复合体,再将有机物模板去除后即可得到具 有一定形状的有组织的无机材料。模板在仿生合成技术中起到举足轻重的地位，模板 的千变万化，是制备结构、性能迥异的无机材料的前提。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、液晶和囊泡等自组装体，生物 大分子和生物中的有机质也是被选择的模板，此外利用先进光电技术制造的模板也被 用来合成特殊的无机材料。
三、生物矿化
这种模仿生物矿化中无机物在有机调制下形成过程的无机合成材料，称为仿 生合成，也称有机模板法或模板合成。 目前已经利用仿生合成方法制备了纳米微粒、薄膜、涂层、多孔材料和具有 与天然生物矿物相似的复杂形貌的无机材料
四、仿生合成材料的应用前景
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仿生合成材料是具有特殊性能的新型材料，有着特殊的物理、 仿生合成材料是具有特殊性能的新型材料，有着特殊的物理、化学性能 和潜在的广阔应用前景。微米级仿生合成材料是极好的隔热隔声材料； 和潜在的广阔应用前景。微米级仿生合成材料是极好的隔热隔声材料；具有 极好的隔热隔声材料 纳米级精细孔结构的分子筛，可以根据粒子大小对细颗粒进行准确的分类， 纳米级精细孔结构的分子筛，可以根据粒子大小对细颗粒进行准确的分类， 如筛选细菌与病毒；与催化剂相结合， 如筛选细菌与病毒；与催化剂相结合，这种材料可以实现反应与分离过程的 有效耦合，如用于高渗透通量、高分离精度的纯净水生产装置；仿生合成的 有效耦合，如用于高渗透通量、高分离精度的纯净水生产装置； 磷灰石材料是性能优异的新骨组织构造基架，有望用于骨移植的外科手术中； 磷灰石材料是性能优异的新骨组织构造基架，有望用于骨移植的外科手术中； 仿生合成制取的纳米材料在光电子等其它领域同样存在广阔的应用前景。 仿生合成制取的纳米材料在光电子等其它领域同样存在广阔的应用前景。为 充分发挥仿生合成技术在无机材料制备中的应用潜力， 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进一步工业化、产业化提供了过渡桥梁。 研究为仿生合成技术进一步工业化、产业化提供了过渡桥梁。