生物矿化作用

生物矿化作用是一种很普遍的自然现象,几乎每一种生物都有成矿本领.近30年来,人们对生物矿物多样性和生物矿化过程的知识有了惊人的增长.生物控制矿化过程的基本因素是化学控制和有机基质的参与,生物矿物的晶体化学和晶体学取向将由矿化区化学和有机基质表面的生物设计决定.生物成矿原理的研究和应用将促进材料科学、医学和生命科学的发展.     

热泉微生物的矿化作用和机制: 来自华南富硅热泉光合自养微生物席中的证据

热泉微生物是地球极端生命体的重要表现形式, 它们不但对于研究地球生命起源和生命演化意义重大, 而且在地球成矿过程中发挥了重要作用. 以采自中国广东省境内两处热泉光合自养微生物席为研究对象, 运用地质学和现代生物学的微观研究方法, 对其中的微生物矿化作用和机制进行了研究. 结果表明, 热泉微生物席对Si, Al, Fe和Ca等多种元素具有重要的富集能力, 在SiO₂, CaCO₃和黏土等热泉矿物形成过程中所起的作用不容忽视. 胞外聚合物质(EPS)在热泉微生物矿化过程中扮演了重要的角色, 矿化过程主要限制在蓝细菌细胞壁外或鞘层外的EPS层中发生. 细菌壁外发育的鞘层同样对于蓝细菌的生物矿化意义重大. 由于鞘层的存在, 一些蓝细菌在表面矿化发生的同时, 还能进行正常的新陈代谢活动. 根据两处微生物席的多种矿化特征, 提出将热泉微生物席的矿化过程划分为早期表面矿化、中期降解矿化和晚期矿物脱落等3个阶段. 上述认识, 对于理解发生在现代和古代热泉环境中的矿化过程、沉积过程以及微化石保存过程均具有重要的意义.     

热液管状蠕虫的早期矿化机制及微生物在矿化过程中的作用

热液喷口动物群是现代海底热液体系的重要组成部分, 它们依赖于热液无机环境生存, 与无机环境之间存在着密切的相互作用, 并可参与现代热液点的成矿过程. 热液喷口动物群(特别是Vestimentiferan和Polychaete管状蠕虫)矿化后的产物常以化石的形式保存于各时代的地质体中. 开展热液大型动物的早期矿化过程研究, 对于理解热液环境中矿物与生物的相互作用以及地质化石的形成和保存机制具有重要的意义. 以胡安·德富卡洋脊热液场中采集的管状蠕虫Vestimentiferan Ridgeia piscesae为对象, 对它的早期生物矿化特征和机制进行了研究. 研究表明, 大量的丝状微生物不均匀地分布在Ridgeia piscesae管状蠕虫的内壁表面和壁内空隙层中, 并在一些部位形成微生物薄层. 微生物细胞表面和降解后的产物在管状蠕虫矿化早期起着重要的作用. 在矿化程度较低的管状蠕虫管壁, 普遍发现有半透明的含硫有机质薄层和球粒状颗粒硫的存在. 这种含硫有机薄层的降解产物在管状蠕虫早期矿化过程中的作用可能同样不容忽视. 微区化学分析表明, 管状蠕虫管壁对成矿元素的富集具有选择性, 主要从周围热液环境中富集Fe, P, Ca和Si等元素, Fe与P, Ca和Si等元素具有共变关系. 由于S主要来源于管状蠕虫组织体中共生微生物对H₂S的生物氧化的作用, 它可作为研究管状蠕虫管壁矿化过程的一种很好的生物标志物. 根据不同矿化程度管状蠕虫的矿化特征, 提出管状蠕虫的早期矿化过程主要受微生物诱导生物矿化作用和管壁降解生物矿化作用控制.     

氯化镁矿化利用低浓度烟气CO_2联产碳酸镁

CO2矿化利用是一种新的CO2减排方式,主要原理是利用天然矿物或工业废料与CO2反应,将CO2矿化为碳酸钙或碳酸镁等固体碳酸盐,同时联产高附加值的化工产品.本文提出采用低能耗的电解工艺利用氯化镁溶液矿化利用低浓度烟气CO2的新方法,该方法将氯化镁转化为活性较高的氢氧化镁,与不同浓度的CO2反应从而矿化CO2.该方法可以直接矿化浓度仅为20%的低浓度CO2,这使得直接矿化利用工业烟气CO2成为可能,避免了较高能耗的CO2捕捉提纯过程.另外,该方法可在较低的能耗下减排大量CO2,同时获取高附加值的碱式碳酸镁或三水合碳酸镁.由于氯化镁自然储量非常丰富,氯化镁矿化利用CO2具有大规模减排的潜力.     

聚合物/富勒烯太阳能电池器件最新研究进展

聚合物太阳能电池具有质量轻、柔性好、生产成本低和易于实现大面积加工等独特优势. 近年来, 以共轭聚合物作为电子给体, 富勒烯及其衍生物作为电子受体的聚合物/富勒烯太阳能电池受到了研究人员的广泛关注, 成为光伏研究领域中的热点之一. 紧扣聚合物/富勒烯光伏体系中的光吸收、激子扩散和解离以及自由载流子输运和抽取等关键科学问题, 从器件结构优化、形貌控制和界面修饰等不同侧面介绍了提高聚合物/富勒烯太阳能电池性能的方法, 讨论了相关机理, 最后对其未来的发展做出了展望.     

中国五台绿岩带2.52 Ga枕状熔岩中候选生物改造结构的生物成因性和同生性评估

栖居于海底熔岩基底中的微生物能够侵蚀火山玻璃, 形成微米级的孔洞和钻穴. 这些生物改造的遗迹被矿化后, 即使保存它们的火山玻璃经历了变形和改造成为变质矿物后, 矿化的结构也能够保存下来. 这些生物改造结构的化石记录所赋存的岩性远远超出了原位洋壳火山玻璃的范围. 它们可见于蛇绿岩和前寒武纪绿岩带的变火山玻璃中. 本文报道了中国五台山25.2亿年拉斑质枕状熔岩薄片中发现的丝状体型生物显微结构. 而且, 五台绿岩中发现的微结构在大小、形态和分布上都可以与其他产在太古宙绿片岩相枕状熔岩中的生物蚀变结构相对比. 榍石LA-MC-ICP-MS U-Pb原位定年分析给出的年龄是(1.81±0.12) Ga (2σ, n=22, ²⁰⁶Pb/²³⁸U 加权平均). 该年龄提供了这些生物蚀变结构矿化的最小年龄, 并与区域变质事件年龄相当. 这个年龄也代表这些生物蚀变时间的最小年龄估计, 从而支持晚太古宙海底生物圈的存在.     

钽花岗岩结构

钽花岗岩是过铝质钠长花岗岩,具有重要的细晶石等稀有金属矿化。因其结构复杂,许多学者一直认为它是交代蚀变岩,并称之为“强钠化花岗岩”。然而单纯以结构准则来判断矿物结晶的起始和终结顺序未必可靠。而且蚀变成因的假设也无法解释蒙古翁岗岩及熔融或结晶的实验资料。野外观察表明,钽花岗岩呈相对独立的晚期侵入,这为其残余富F岩浆     

两种待定新硒矿物

两种待定新硒矿物发现于贵州504矿床中.该矿床是一个铀汞钼多金属矿床,且硒、铼、铊、镍等也具有综合利用价值.含矿层为下寒武统清虚洞组和中寒武统石冷水组白云岩.含矿层在矿床中受到强烈硅化、黄铁矿化、胶黄铁矿化、重晶石化、粘土化、方解石化、褐铁矿化等围岩蚀变.各种矿化赋存在蚀变形成的黑色硅化岩及其旁侧遭轻微蚀变的白云岩中.硒在矿床中主要以独立矿物形式产出,种类较多,但颗粒细微,研究难度较大.目前已确定的有新矿物硒锑矿(antimonselite)Sb_2Se_3(1992年4月国际新矿物及矿物命名委员会通过),有首次发现的新亚种硫硒锑矿Sb_2(Se_(2.75-2.41)S_(0.25-0.59))_3,有硒汞矿、硒铅矿、白硒铁矿.此外,尚有未确定的Ni,Fe-Ni,Fe-Hg,Cu-Hg-Sb,Cu-Sb的硒矿物.     

钙钛矿的氧同位素分馏

钙钛矿(CaTiO_3)是金伯利岩中的特征副矿物,偶尔可以成为主要组成矿物.它也常以副矿物形式存在于许多碱性岩和某些变质岩中.具有钙钛矿结构的硅酸盐是下地幔的重要组成矿物.因此,理解钙钛矿的氧同位素分馏性质不仅对于含这种矿物的地壳地幔岩石的地质测温和热历史探索,而且对于地幔的化学结构研究具有重要意义.然而,至今尚未有人对钙钛矿的氧同位素分馏进行深入系统的研究.仅加拿大的Gautason等对方解石-钙钛矿之间的氧同位素分馏做了初步实验测定.本文根据作者建立的增量方法,从理论上计算了钙钛矿的氧同位素分馏.     

基于分子导线效应的聚苯乙炔-吡啶荧光共轭聚合物传感信号放大研究

具有分子导线效应的荧光共轭聚合物, 能对响应信号起放大作用, 在光化学传感器设计中可用来进行痕量分析. 利用Sonogashira 偶合反应合成了一系列新的聚苯乙炔-吡啶荧光共轭聚合物. 考察了结构的改变对它们物理性质和光谱特性的影响, 并通过Pd²⁺熄灭这些共轭聚合物荧光的效率不同, 讨论了共轭聚合物结构的调整对响应信号的影响. 结果表明吡啶环含量及位置调整是影响二价钯离子熄灭这些共轭聚合物荧光效率的重要因素; 具有分子导线效应的吡啶环嵌段的荧光共轭聚合物PⅠ对Pd²⁺离子有最大的特异性响应, 相对其单体模型分子, 其传感响应信号放大近65倍.     

Y984028火星陨石的岩石矿物学特征和冲击变质

Y984028 是一块新的二辉橄榄岩质火星陨石, 具有两种明显不同的岩石结构: 粒间结构和嵌晶结构. 与嵌晶结构区域的矿物相比, 粒间区域的铁镁质硅酸盐贫FeO、铬铁矿贫TiO₂. 虽然Y984028 的岩石结构和矿物化学成分与GRV 99027 非常相似, 但两者的冲击变质特征有明显差异, 表明Y984028 不是GRV 99027 的成对陨石. Y984028 经历了强烈的冲击作用, 冲击后由于该陨石没有遭受明显的热变质, 因而该样品是研究类地行星早期撞击过程的探针. Y984028 熔脉中主要包含细小的矿物碎屑, 部分矿物边缘发育细粒化结构, 没有发现任何高压相矿物, 表明Y984028 在撞击过程中发生了部分熔融, 在较低压力下发生淬火.     

碳纳米管填充聚合物基导热复合材料的研究进展

电子器件的集成度不断提高,对相关的热管理系统提出了更高的要求.高导热材料在热管理领域起着重要的作用.高分子聚合物因其轻质、廉价、良好的绝缘性和加工性,已成为制备导热材料的热门选择.在聚合物中填充高导热的无机填料是提高导热性能的有效手段.碳纳米管是一种具有一维管状结构和优异热学性能的碳纳米材料,在填充型导热复合材料中具有广阔的应用前景.本文综述了以碳纳米管为导热填料提升聚合物基复合材料导热性能的可行措施,分析了碳纳米管的本征结构以及在聚合物基体中的分布状态对复合材料导热性能的影响.最后,总结了碳纳米管填充聚合物基复合材料研究中仍需解决的关键问题,并提出了未来研究方向.     

超支化聚合物研究最新进展

超支化聚合物由于具有高度支化的三维球状立体结构和众多的末端基团, 显示出与相应线型分子截然不同的性质, 如低黏度、良好的溶解性和大量可修饰的末端官能团等, 具有广泛的应用前景, 而且合成相对简单、成本低, 因此成为近年来聚合物科学领域的研究热点. 本文主要就超支化聚合物的结构、合成、性质和应用, 从传统结构和含有大π共轭结构的新型超支化聚合物两个角度比较全面地总结了这一领域在基础理论和应用研究方面的发展概况和最新进展; 着重介绍了超支化聚合物的结构、性质与其在新型功能材料如纳米材料、药物缓释剂、电致发光材料、传感材料等方面应用的内在关系, 并进一步提出了该领域的研究前景及尚待解决的问题.     

超临界流体技术制备一种具仿生结构的微孔复合材料

采用超临界流体技术制备出一种新型具有仿生结构的微孔复合材料。该材料具有明显的类似竹木的仿生结构,其皮层富集高强度热致液晶聚合物的取向微纤,芯部富集聚苯乙烯微孔。同时,该皮芯结构可以通过改变温度、压力等加工参数来控制微孔的直径和密度。通过改变试料组成方便地控制皮层厚度。     

南岭地区铌钽矿化花岗岩的云母类矿物成分特征

在对南岭地区脉状黑钨矿床成矿作用地球化学特征认识的基础上,选择两个具有代表性的、与脉状黑钨矿床的成因联系的铌钽矿化花岗岩,研究它们的云母类矿物成分及演化特征,是有重要意义的。     

浙江舟山海岸带渗漏水沉淀铁泥中的微生物矿化作用

运用现代微观研究手段(扫描电镜及透射电镜), 结合传统地质地球化学的研究方法, 对浙江舟山古木埋藏环境下的海岸带渗漏水沉淀铁泥中的微生物矿化作用进行了研究, 结果显示在铁泥中存在大量的嗜中性铁氧化菌, 其形貌特征与长杆形鞘状铁氧化菌Leptothrix ochracea和螺旋形鞘状铁氧化菌Gallionella ferruginea极为相似, 且这两种类型的铁氧化菌丰度的分布明显受水体的物理化学组成的制约. 铁氧化菌细胞表面的有机官能团、胞外聚合物和特殊的反应表面, 为渗漏地下水中成矿元素在细胞附近的富集沉淀提供了合适的成核位置和成核模板. 同时, 铁细菌在矿化过程中经历不同的阶段, 即从细胞壁表面矿化、细胞内部部分矿化直至整个细胞完全被矿化. 铁氧化菌的矿化产物主要为隐晶质的水铁矿, 由于该铁细菌的矿化产物包含铁氧化物和细菌有机质, 加剧了金属元素尤其是Fe, Co的富集作用, 故对地下水环境中金属元素的迁移和归宿产生重要影响.     

铝硅酸盐无机聚合物转化法制备先进陶瓷材料研究进展

铝硅酸盐无机聚合物及其转化制备的陶瓷材料具有节能环保、制备温度低、耐热性能良好、热学性能可调控的优点,因此在航空航天、原子能、生物以及化工等领域具有广阔的应用前景.此外,随温度升高,铝硅酸盐无机聚合物会转变为辉石或榴石陶瓷,具有可调控的力学和热学性能;铝硅酸盐无机聚合物的低温成型特性也使得增强的种类选择非常广泛,并且可以很方便地引入.因此铝硅酸盐无机聚合物技术为低成本成型制备高性能陶瓷和陶瓷基复合材料提供了一种新工艺.本文综述了铝硅酸盐无机聚合物热演变、结晶动力学、显微组织结构演变、性能演化等方面的主要研究进展,并阐述了碳纤维强韧铝硅酸盐无机聚合物复合材料的陶瓷化过程和性能演化研究,指出了今后的发展方向.     

两端接枝聚合物的金纳米棒在乳液液滴中的受限组装

聚合物接枝金纳米棒(polymer grafted gold nanorods, AuNRs@Polymer)不仅具有聚合物的稳定性、功能性和可设计性,还具有金纳米粒子(gold nanoparticles, AuNPs)的光学、光热转换、等离子体等性质,在成像、光电器件和药物控释等领域具有重要的应用前景.两端接枝聚合物的金纳米棒(AuNRs@End-Polymer)由于聚合物选择性接枝在金纳米棒的两端,易形成软硬兼具的哑铃状纳米粒子(类似ABA型嵌段共聚物).哑铃状纳米粒子受其两端特殊的空间位阻影响,在受限空间中难以形成紧密稳定的肩并肩结构,而更倾向于形成倾斜、交叉或螺旋排列等新颖结构.本文系统地研究了三维受限空间的尺寸以及纳米粒子形貌等因素对AuNRs空间排布的影响,并构建了一系列有序组装结构.     

高枝化官能化聚合物的合成方法学

结构化、功能化、集成化是合成橡胶及弹性体实现高性能化的有效手段,活性阴离子聚合是高分子链实现高枝化和官能化的有效手段.高枝化聚合物具有独特的结构和性能,近年来已在聚合物材料应用中脱颖而出,并且逐渐成为高分子化学领域的研究热点.基于研究现状,本文总结了高枝化官能化聚合物合成方法学的研究进展.采用共聚合方法、基团转换方法、硅氢加成方法、点击化学方法合成的高枝化官能化聚合物,扩展并延伸了原有聚合物橡胶的性能,为合成绿色橡胶提供了新思路、新方法.功能聚合物的高枝化拓扑结构与性能之间的关联规律也为绿色橡胶的设计开发提供了依据和基础.     

聚合物太阳能电池中富勒烯受体材料研究进展

聚合物太阳能电池具有成本低、质量轻以及柔性可弯曲等优点,近年来受到了国内外的广泛关注.太阳能电池光电转换效率也得到了飞速的提高,从原来不到1%提高到了目前的8%以上.富勒烯是公认的聚合物太阳能电池最佳受体材料,其化学修饰和物理化学性质表征是过去十几年聚合物太阳能电池研究领域的热点.本文就近年来富勒烯衍生物受体材料的开发和改进研究进行归纳,阐述聚合物太阳能电池性能与富勒烯衍生物受体材料结构之间的密切关系,为今后开发高效的聚合物太阳能电池受体材料提供参考.