近日，浙江大学化学系刘昭明研究员和唐睿康教授团队在全球顶级科研期刊《Science》杂志发表了题为“Pressure-driven fusion of amorphous particles intointegrated monoliths （《压力驱动无定形颗粒融合为块体材料》”的文章，研究团队受大自然的启发，制造出一颗仿生的碳酸钙“牙齿”。他们通过调控结构水含量与外部压力，将数百纳米尺度的无定形碳酸钙颗粒成功融合为毫米尺度的具有连续结构的宏观块体材料，块体透明，机械性能与单晶方解石相近。

几块石头融合成一块石头

左上：水团簇的示意图，水团簇内部有由水分子所形成的水通道（深紫色）；右上：块体材料机械性能的比较，插图是未融合与完全融合的颗粒形成的块体材料的光学透过性比较；下图：随着压力增大，颗粒逐渐从不融合向完全融合转变的SEM图片。

材料合成的新大道

由于新的制备模式做出来的碳酸钙块状材料具有连续结构，它的光学透过性和机械性能都非常好，硬度为2.739 GPa，弹性模量为49.672 GPa，这些性能优于大多数的水泥基块体材料，甚至与方解石单晶的性能相近。而且这种方式不需要高温，所以制备起来也比较快速方便。“如果未来能把所需压力降下来，就更加贴近实际应用了。”孔康任说。唐睿康说，这项工作帮助我们更好地认识并模仿生物矿化过程。例如深海中顶级掠食者之一——龙鱼透明牙齿的成因：深海高压环境和无定形矿物都暗示着这种具有连续结构牙齿的形成条件。同时，研究中动态水通道的发现提出了一种新的可能的物质存在方式：类液体。在我们的一般认识中，固体就是固体，液体就是液体，两者界限分明。但是未来，固体和液体之间可能还有一个中间态。“我们进一步实验发现，融合现象适用于多种无机离子化合物。且除了水分子以外，其他离子也可以作为添加剂加进去，添加剂会影响碳酸钙的流动性和融合性。这就充分展示了提高固态材料流动性的潜在方法，为固体材料的融合提出了新的认知，有望使固态无机材料在常温下也可以具有类似液体的性质。”这项研究展示了无定形相在材料加工中的优势，赋予人工块体材料新的制备模式，有望应用在生物、医学、材料等领域。论文评审专家认为：“这项新颖且富创新性的研究对设计新型陶瓷及陶瓷/有机复合材料具有潜在的引领意义，对提升材料力学性能有重要价值，尤其是针对热敏感材料。”

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