多肽介导仿生合成特定形貌的硅纳米材料及其机理研究

论文摘要

本论文的主要工作是利用仿生矿化的原理,以人工合成多肽—多聚赖氨酸为诱导剂,聚碳酸酯膜作为硬模板提供特定的空间,在常温常压条件下制备出了特定形貌的二氧化硅材料—管、棒状。采用EDS,TGA,SEM,FTIR等检测手段研究了产物的组成和形貌,EDS,TGA,FTIR分析表明产物为二氧化硅和多肽的复合物,同时考察了反应过程中对二氧化硅成核、生长及最终形态结构有重要影响的因素;且利用原子力显微镜在固相状态下实时、跟踪多肽介导硅合成的过程,进一步探讨多肽分子介导的仿生合成纳米硅材料的机理。主要研究内容及结论如下:（1）仿生合成法制备特定形貌的硅纳米材料及影响因素的探讨我们以人工合成的多聚赖氨酸为诱导剂,硅酸钠为前驱体,聚碳酸酯膜作为硬模板提供特定的空间,在常温常压条件下在体外合成纳米硅材料,并且研究了反应过程中的各物理化学因素对反应的影响。研究发现人工合成的多聚赖氨酸均能够在常温常压条件下介导硅的仿生合成,在pH=3.0的硅酸钠溶液生长60min时能够制备出比较规则的管棒状硅纳米材料;X射线能谱（EDS）和热重分析证明产物为硅和多肽的复合物。（2）应用原子力显微镜（AFM）在固相状态下成功的完成了跟踪多聚赖氨酸介导合成纳米硅材料的过程。应用AFM跟踪拍摄了0min-60min之间的图象的变化,记录了矿化反应的过程,并且为解释硅矿化过程的机理提出了一个合理的模型图,为硅生物矿化机理的研究提供了实验依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 生物矿化基础
• 1.2.1 生物矿化的研究进展
• 1.2.2 生物矿化机理
• 1.3 仿生材料化学基础
• 1.3.1 仿生合成材料的应用前景
• 1.3.2 复杂形貌无机材料的仿生合成
• 1.4 研究内容和意义
• 参考文献
• 第二章 多肽作用下特定形貌硅纳米材料的仿生合成
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂、材料及仪器
• 2.2.2 实验试剂配制
• 2.2.3 实验流程示意图
• 2.2.4 实验方法
• 2.2.5 样品的表征方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 多肽的介导作用对比实验
• 2.3.2 不同矿化模板的对比实验
• 2.3.3 硅前体的研究
• 2.3.4 pH 值的影响
• 2.3.5 反应时间的影响
• 2.3.6 不同处理结果的管状硅材料
• 2.3.7 EDS 分析（X 射线能量色散谱）
• 2.3.8 热失重分析
• 2.3.9 红外光谱分析
• 2.4 反应机理讨论
• 2.5 结论
• 参考文献
• 第三章 利用原子力显微镜（AFM）观察硅材料的形成过程
• 3.1 原子力显微镜介绍及原理
• 3.1.1 原子力显微镜介绍
• 3.1.2 原子力显微镜的工作原理
• 3.1.3 原子力显微镜固相工作模式介绍
• 3.2 AFM 在材料研究中的应用
• 3.2.1 表面形貌的观测
• 3.2.2 纳米材料的分析
• 3.2.3 成分分析
• 3.4 实验部分
• 3.4.1 试剂和仪器
• 3.4.2 实验流程
• 3.4.3 实验过程
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 AFM 跟踪硅纳米材料的形成过程图
• 3.6 结论
• 参考文献
• 第四章 结论及工作展望
• 4.1 结论
• 4.2 工作展望
• 硕士期间的工作成果
• 致谢语