浙大团队找到无机块体材料制新途径6

陈雪珂

来源：观察者网
几块石头融合成一块石头

此前唐睿康团队的一项成果——“无机离子聚合”，可以实现实验室里厘米尺寸的碳酸钙晶体材料的快速制备，并且这些碳酸钙的制备过程有很强的可塑性，可以像做塑料一样按照模具形状长成各式模样，这项研究于2019年10月发表在国际顶级杂志《自然》（《Nature》）上。

“2019年的这项研究是从零开始合成碳酸钙晶体大块材料，我们这次工作要研究的是如何把已有的碳酸钙粉末材料变成大块材料，好比是把几块石头融合成一块大石头。两项工作可以说是殊途同归。”唐睿康说。

正是在前面这次工作的研究过程中，慕昭发现了一个有趣的现象，无定形碳酸钙颗粒在压制过程中，颗粒边界渐渐消失最后完全融合为一体了。

当时慕昭还没想明白现象背后的原因，但唐睿康鼓励慕昭继续深挖下去，多问几个为什么。

原来，无定形碳酸钙颗粒在结晶过程中，水分子一直扮演着重要的角色。虽然之前科学家注意到了这一现象，但对结构水的功能、流动性和结构稳定性之间的关系还缺乏深入研究。

慕昭和孔康任进一步研究发现，如果水分子能保持在一个合适的量，就能在碳酸钙内部形成动态水通道，从而促进内部物质传输过程，最终导致无定形颗粒的融合。“水含量不足不能形成水通道，而太多的水将会形成一种新的水团簇，导致无定形碳酸钙颗粒结晶。”

而水的调控可以通过普通加热的方式实现，当一个碳酸钙分子对应0.2-1.1个水分子的时候，再施加0.6-3.0 GPa的压力，就能实现无定形碳酸钙颗粒在压力下的融合。团队由此成功构建了具有连续结构的碳酸钙块体材料。

为了验证结果，团队把金纳米颗粒标记在碳酸钙颗粒表面，挤压后通过高分辨透射电镜观察，发现碳酸钙颗粒间没有界面或间隙，确实是表里如一地完全融合了。“石头是刚性的，水是柔性的，当石头内部含有合适量的结构水，在压力下这种石头就像橡皮泥，挤压时发生融合现象，达到‘你中有我，我中有你’的境界。”刘昭明说。