碳酸钙是自然界最丰富的生物材料,广泛存在于生物体中(如骨骼、珊瑚、贝壳等),同时也是现代工业应用最重要的无机材料之一,被广泛用于橡胶、医药、新型建材等领域。其中,文石型碳酸钙具有优越的机械、化学、光学性能,是各种催化剂、无机填充料的首选。因此,研究和制备具有各种特殊性能的生物成因文石型碳酸钙材料的意义重大。本文以双壳纲华贵栉孔扇贝的韧带和施氏獭蛤的表壳层为研究对象,利用X-射线衍射技术(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、常规氨基酸分析法、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行化学组成分析和微结构表征。重点利用韧带的蛋白质层和施氏獭蛤的凝胶层,采用气体扩散法,在常温常压且不添加任何外加剂的条件下,仿生制备文石晶体材料。采用FTIR.SEM和TEM研究形成的文石晶体,分析并模拟其形成过程,最后探索凝胶中杨桃形晶体的形成机理及其潜在的应用价值。本文获得以下几方面主要成果：(1)首次在韧带中发现“串珠状”文石纤维集合体。扇贝韧带矿化层主要为文石纤维集合体,纤维(直径40-120 nm)由大量纳米颗粒沿纤维长轴相互粘结形成,呈独特的“串珠状”。组成纤维的纳米颗粒均为文石单晶,其结晶定向一致,C轴平行于纤维的生长方向([001])。(2)发现施氏獭蛤表壳层内表面有一个银白色的矿物层,其矿物为文石型碳酸钙。显微观察表明,矿物层中存在着两种不同的晶体集合体：大的球体(直径20μm-70μm)和小的梭形体,小的梭形体铺在基底上,而大的球体则生长在梭形体上。两者均由文石纤维组成,HRTEM分析显示纤维为文石单晶,晶体c轴平行于纤维的生长方向([001])。纤维横截面多呈长六边形,且其边缘包裹着一层厚度不足10nm的有机质。分析推测大的球体是由小的梭形晶体紧密堆积形成的。(3)仅以韧带蛋白质为基底,不添加任何添加剂,能在常温常压的条件下诱导生成纯文石晶体。成熟的文石晶体呈花束状,由文石纤维组成。文石纤维为单晶,且结晶定向一致,c轴平行于纤维的生长方向,与韧带矿化层中的文石纤维极为相似。同时纤维包裹着一层有机质,由此推测有机质在文石纤维的形成中起着重要的作用。(4)利用生物凝胶为基底,以同样的方法也能合成纯文石晶体。在比较分析下,首次发现了杨桃形文石晶体,且这些晶体由大量的文石纳米颗粒呈阶梯状定向粘结形成。(5)探索杨桃形文石晶体的成因机理。杨桃形晶体成因由三方因素共同控制：一、驱动力。加入生物凝胶后,溶液的过饱和度增大,导致了驱动力增大,从而粘结生长模式控制着晶体生长,形成规则对称的晶体形貌。二,文石晶体结构。文石晶体大多是双晶化生长,由三个单晶体组成,从而形成假六方三连晶,所以形成的晶体呈六方形。三、定向粘附机理。在晶体的生长初期,晶颗粒通过定向粘附机理在特定的方向上粘附,形成针状晶体颗粒。新生成的针状晶体颗粒的表面能较高,所以晶体会先平行于针状晶体的长轴生长,形成晶体集合体的六个棱,进而生长成杨桃形。