二氧化硅生物仿生体的晶体性质在不同形态间及形态内的变化
材料科学
2026-03-13 v2
摘要
二氧化硅-碳酸盐生物仿生体是一类涌现材料，即由无定形二氧化硅包围的纳米级碳酸盐微晶构成的复合微结构。它们通过碱土金属碳酸盐与含硅物种之间的共沉淀过程形成，并自组织成多种形状，其中碳酸盐纳米晶体具有明显的长程有序性。作为模型系统，二氧化硅-碳酸盐生物仿生体常被用于研究极端地球化学条件下类生命结构的自组织。此外，由于其光学性质，它们可作为光学、电子或磁性功能化的平台。这一任务的一大障碍是我们对其底层形成过程以及合成参数间的相互作用如何影响重要纳米尺度性质（如晶体结构和织构）及微观尺度形状的理解尚不完整。在此，我们使用 X 射线织构和衍射层析成像来揭示二氧化硅-碳酸钡矿生物仿生体的三维局部晶体织构。我们发现在不同形态间存在令人惊讶的不同生长模式，而且即使在单一结构内晶体性质也有显著变化。我们区分了不同的生长区域并进行了讨论，将实验发现与现有的生物仿生体文献以及硅酸盐化学联系起来。我们观察到不同形态间及形态内晶体性质的系统性变化。在此基础上，我们提供了一个详细的统一方案，将不同复杂形态的测量空间分辨晶体性质与现有的关于其生长的文献模型联系起来，强调了硅酸盐低聚对生物仿生体形成的重要性。
关键词
引用
@article{arxiv.2508.21149,
title = {The crystalline properties of silica biomorphs vary within and between morphologies},
author = {Moritz P. K. Frewein and Britta Maier and Moritz L. Stammer and Isabella Silva-Barreto and Anastasiia Sadetskaia and Asma Medjahed and Remi Tucoulou and Julie Villanova and Manfred Burghammer and Henrik Birkedal and Tilman A. Grünewald},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.21149},
year = {2026}
}