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（原题目：破镜可以重圆？ 浙年夜团队找到有机块体质料制备新路径）

微信公家号“浙江年夜学”6月25日动静，坠欢重拾是妇孺皆知的一个针言故事，讲的是南朝陈将要衰亡时，驸马徐德言把一个铜镜破开，与老婆乐昌公主各持一半，作为信物，厥后果然由半边镜子作为线索而患上以伉俪团圆。

故事的终局当然完善，但是，破镜真的能严丝合缝地“重圆”吗？或许从微观上望两块半边镜子是合二为一了，但实在外部仍是有不少裂纹以及空地空闲，重圆的镜子很容易再破失落。

图源：微信公家号“浙江年夜学”，画图：高裕华

浙江年夜学化学系唐睿康传授与刘昭明研究员互助最新研究发明，可以经由过程调控无定形碳酸钙颗粒外部的布局水含量以及内部压力来完成无定形碳酸钙颗粒的交融，这类操纵质料自身布局特征促成传质的战略降服了传统烧结的有余，为制备有机块体质料提供了新的方式，尤为是提供了首要的制备战略。依照这个方式，破镜就真能内外如一地“重圆”了。

北京时间6月25日，这项功效被国际顶级期刊《迷信》登载。论文第一作者是浙江年夜学化学系博士生慕昭以及孔康任，通信作者是浙江年夜学化学系刘昭明研究员以及唐睿康传授。研究事情得到华东师年夜姜凯副研究员、北京低压迷信中间董宏亮博士以及浙年夜求是低等研究院徐旭荣传授的支撑。

“硬骨头”有机物若何从粉末变块状？

碳酸钙是地球上常见的物资之一，普遍存在于霰石、方解石、白垩、石灰岩、年夜理石、石灰华等岩石内，它仍是植物骨骼或者外壳的次要成份。与此同时，作为一种有机化合物，它也是产业上的经常使用质料。

若是用现有的人工方式来制造碳酸钙，去去只能获得微米年夜小的白色粉末。但在现实的出产糊口中，咱们必要的一般都是“年夜块头”质料。若何把粉末状质料“酿成”块体质料，是晋升有机质料机能的一道坎。

“弹性年夜、可塑性强的无机质料相对于容易形变，像碳酸钙如许的有机化合物又硬又脆，要做成块体质料难度就年夜多了。”唐睿康先容说，是以在不少有机物的修补中，比方文物庇护、牙齿修复畛域，广泛用的仍是无机物修补质料。但是，究竟结果不是“同根生”的，即便补下来的无机质料从外表上望以及原本的有机化合物如出一辙，但因为内涵相融性欠好，仍是会泛起缝隙、易损等征象，从机能下去说，有机质料比无机质料更接近抱负状况。

若何做到“形似又神似”？基础的路径仍是要用有机质料来修补有机物。这里要解决的一个关头问题就是有机块体质料的制备。

以去，有机块体质料凡是是由有机颗粒经由过程烧结而制备获得的，好比陶瓷就是在1000摄氏度摆布的低温下烧制而来的。然而概况上望是“手拉手”黏连在一块儿了，但实在并无彻底交融，颗粒之间依然有空地空闲，内涵布局依然是“你是你，我是我”，终极影响了质料的机器机能。并且，不少对温度敏感的生物矿物以及生物质料还不克不及用低温烧结的方式来制备。

突破口在哪里？迷信家试图从年夜天然中寻觅谜底。既然愈来愈多的研究发明生物体可以经由过程无定形先驱体颗粒交融而出产具备一连布局的矿物骨骼，那末是否可以经由过程这类方法来仿生地解决传统方式中粉末变块体的难题，完成暖和情况下有机块体质料的制备呢？

几块石头交融成一块石头

此前唐睿康团队的一项功效——“有机离子聚合”，可以完成试验室里厘米尺寸的碳酸钙晶体质料的疾速制备，而且这些碳酸钙的制备进程有很强的可塑性，可以像做塑料同样依照模具外形长成百般样子，这项研究于2019年10月颁发在国际顶级杂志《天然》（《Nature》）上。

“2019年的这项研究是从零起头合成碳酸钙晶体年夜块质料，咱们此次事情要研究的是若何把已经有的碳酸钙粉末质料酿成年夜块质料，比如是把几块石头交融成一块年夜石头。两项事情可以说是异曲同工。”唐睿康说。

恰是在后面此次事情的研究进程中，慕昭发明了一个乏味的征象，无定形碳酸钙颗粒在压抑进程中，颗粒鸿沟垂垂消散最初彻底交融为一体了。

那时慕昭还没想大白征象暗地里的缘由，但唐睿康鼓动勉励慕昭继续深挖上来，多问几个为何。

原来，无定形碳酸钙颗粒在结晶进程中，水份子始终饰演着首要的脚色。尽管以前迷信家注重到了这一征象，但对布局水的功用、流动性以及布局不乱性之间的瓜葛还缺少深刻研究。

慕昭以及孔康任入一步研究发明，若是水份子能连结在一个符合的量，就能在碳酸钙外部造成静态水通道，从而促成外部物资传输进程，终极致使无定形颗粒的交融。“水含量有余不克不及造成水通道，而太多的水将会造成一种新的水团簇，致使无定形碳酸钙颗粒结晶。”

而水的调控可以经由过程平凡加暖的方法完成，当一个碳酸钙份子对应0.2-1.1个水份子的时辰，再施加0.6-3.0 GPa的压力，就能完成无定形碳酸钙颗粒在压力下的交融。团队由此胜利构建了具备一连布局的碳酸钙块体质料。

为了验证效果，团队把金纳米颗粒标识表记标帜在碳酸钙颗粒概况，挤压后经由过程高辨别透射电镜察看，发明碳酸钙颗粒间没有界面或者间隙，确凿是内外如一地彻底交融了。“石头是刚性的，水是柔性的，当石头外部含有符合量的布局水，在压力下这类石头就像橡皮泥，挤压时产生交融征象，到达‘你中有我，我中有你’的地步。”刘昭明说。

图片 左上：水团簇的示用意，水团簇外部有由水份子所造成的水通道（深紫色）；右上：块体质料机器机能的比力，插图是未交融与彻底交融的颗粒造成的块体质料的光学透过性比力；下图：跟着压力增年夜，颗粒逐渐从不交融向彻底交融转变的SEM图片。

质料合成的新年夜道

因为新的制备模式做进去的碳酸钙块状质料具备一连布局，它的光学透过性以及机器机能都很是好，硬度为2.739 GPa，弹性模量为49.672 GPa，这些机能优于年夜大都的水泥基块体质料，乃至与方解石单晶的机能相近。并且这类方法不必要低温，以是制备起来也比力疾速利便。“若是将来能把所需压力降上去，就加倍切近现实运用了。”孔康任说。

唐睿康说，这项事情匡助咱们更好地熟悉并仿照生物矿化进程。比方深海中顶级掠食者之一——龙鱼通明牙齿的成因：深海低压情况以及无定形矿物都表示着这类具备一连布局牙齿的造成前提。

同时，研究中静态水通道的发明提出了一种新的可能的物资存在方法：类液体。在咱们的一般熟悉中，固体就是固体，液体就是液体，二者界线分明。可是将来，固体以及液体之间可能另有一个中心态。

“咱们入一步试验发明，交融征象合用于多种有机离子化合物。且除了了水份子之外，其余离子也能够作为添加剂加入往，添加剂会影响碳酸钙的流动性以及交融性。这就充实展现了提高固态质料流动性的潜伏方式，为固体质料的交融提出了新的认知，无望使固态有机质料在常温下也能够具备雷同液体的性子。”这项研究展现了无定形相在质料加工中的上风，付与人工块体质料新的制备模式，无望运用在生物、医学、质料等畛域。

论文评审专家认为：“这项别致且富立异性的研究对设计新型陶瓷及陶瓷/无机复合质料具备潜伏的引领意义，对晋升质料力学机能有首要价值，尤为是针对暖敏感质料。”

唐睿康说，这项研究的胜利患上益于团队在生物矿化畛域的持久耕作以及有机离子聚合标的目的上的新认知，出格是面临前沿问题年夜家能群策群力想法子，“根本研究的立异是从零起头‘生长’，而不是在此外根上着花效果，以是出格必要自由探索的泥土以及空气。”

据领会，本研究得到上海同步辐命中心张丽丽、浙江年夜学化学系阐发测试平台陈芳的技能支撑。研究事情遭到国度天然迷信基金(21625105,22022511,21805241,61805081)、国度重点研发名目(2020YFA0710400)、中央高校根基科研营业费（2021FZZX001-04）的资助。