1. 研究目的与意义（文献综述）

为改进无机非金属材料的脆性，增强应用性，对此类传统材料进行复合增韧已成为一种趋势。直到目前为止，传统的增韧方法都有不足之处，而模仿自然界存在的生物复合材料已成为一条可行的途径。生物矿化是自然界一种非常普遍的现象。生物成因矿物由于受到生物生长和生物大分子的调控,与非生物成因矿物相比往往具有独特的形貌和复杂的组装超结构。在目前已发现的70多种生物矿物中,含钙类矿物约占生物矿物总量的一半。其中最为广泛的是碳酸钙,主要构成无脊椎动物的外骨骼。近年来,碳酸钙的生物矿化作用不仅引起了材料科学、化学,而且也引起了矿物学、地质学等多学科的普遍关注。目前,普遍认为生物或者有机分子影响了碳酸钙的物相、形貌、结构及其中微量元素的分布。

贝壳珍珠层作为一种典型的生物矿物而备受关注，它是一种天然的有机无机层状复合材料，独特的多尺度组装结构赋予其优异的机械性能。珍珠层中无机相约占总重量的95％，其余的为有机相主要由三种生物大分子组成：不可溶的多糖几丁质、类似蚕丝蛋白结构的蛋白、富含天冬氨酸等酸性氨基酸的可溶蛋白。软体动物壳中的糖蛋白，几丁质和丝状蛋白起可溶性添加剂的作用，不溶性基质和凝胶样的作用介质，分别在生产珠光型介观结构起作用。贝壳珍珠层的形成与碳酸钙结晶过程中的有机物大分子密切相关，因此研究与矿化相关有机物的作用对于理解整个矿化过程是非常重要的。在外界条件下仿生矿化可以用普通的化学药品产生先进的结晶复合材料。一个特殊的例子就是仿生珍珠贝及其优越的断裂韧性。具有刚度和抵抗磨损的棱镜层的合成仍然是一个难以捉摸的目标。在此，我们应用仿生矿化的方法生长棱柱型碳酸钙薄膜，通过三步途径模仿他们在软体动物壳中发现的生物对应物：涂覆聚合物基质，沉积粒状过渡层，以及棱镜覆盖层的矿化。合成的棱柱形覆盖层对比它们的生物源对应物展现出结构的相似性和可以比拟的硬度以及young's模量。此外，使用生物大分子可溶性添加剂，丝素蛋白在制造棱镜薄膜时会产生具有增强韧性的微米/纳米结构和出现水下超疏油性。这项研究突出了粒度过渡层在促进棱镜层竞争增长方面的关键作用。可以认为粒状过渡层的存在对于模仿生物矿物的关键结构特征和产生连续的，高度调控的覆盖层至关重要。

本课题结合生物矿化，无定型碳酸钙的合成与可控性，聚电解质层层自组装等多方向，寻求常温下合成复合碳酸钙材料的方法。采用可溶性盐复分解法及气体扩散法合成无定型碳酸钙，并研究无定型碳酸钙的合成影响因素及稳定因素，即采用扩散法在cacl₂水溶液中加入不同氨基酸进行碳酸钙的体外矿化实验,利用扫描电子显微镜及拉曼光谱等方法对矿化结果进行观察和分析。以正交试验法探索了合成温度、反应时间、添加剂、黏度、等在无定型碳酸钙合成中的影响。最终，我们拟合成连续的，高度取向的，棱柱型caco₃薄膜，并根据竞争生长模式充分利用粒状过渡层上的过度生长。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：以pva、cacl₂、nh₄hco₃为主要原料，pasp、paa、sf为添加剂，以caco₃的矿化和层层自组装为设计思路，制备仿生棱柱形caco₃薄膜；

材料表征：用sem、tem、afm对产品进行形貌分析，用xrd、ft-ir、cd、瑞利干涉、紫外可见吸收光谱对产品进行成分和元素分析，用纳米压痕和csm对产品进行力学性能评估。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－9周：按照设计方案，制备不同成分及含量的有机-无机复合结构材料。

第10－11周：采用纳米压痕法进行力学及机械性能的测试。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] hong-tao sun, jiajia zhou, jianrong qiu. recent advances in bismuth activated photonic materials. progress in materials science, 2014,64,1-72.

[2] e.m.dianov. fiber for fiber lasers: bismuth-doped optical fibers: advances in an active laser media. laser focus world, 2015, 51(9),16.

[3] b i denker, s v firstov, b i galagan, et al. geo2 influence on the formation of near-infrared emitting centers in bi-doped multicomponent silicate glasses. laser phys.,2014, 24, 115301.