碳酸鈣的粒徑和形貌直接影響其性能和應用范圍。例如分散性好的立方納米碳酸鈣可以作為塑膠的補強劑，鏈狀、針狀的碳酸鈣具有很好的增強效果，而球狀的碳酸鈣則有很好的分散和耐磨性能。文石型和球霰石型為亞穩態，在無添加劑條件下，容易轉變為方解石，主要獲得文石和球霰石型碳酸鈣的混合體。通常以針狀、條狀和紡鏈狀等形態存在的、具有高長徑比的文石型碳酸鈣可用于填充紙張或提高聚合物的力學性能。
 

　　
　　工業上想要獲得特殊形貌碳酸鈣，需要在制備過程中投加具有不同功效的晶型控制劑，以此來對碳酸鈣的形貌以及尺寸進行導向作用。
　　
　　晶體的生成是指最初形成較小的晶核，在晶核的基礎上晶體繼續生長的過程。影響晶體形貌的因素主要有3個：溫度、界面性質、過飽和度。因而晶型導向技術分為工藝導向和晶型控制劑導向。通過控制溫度、攪拌速度、液相濃度等條件，控制體系的反應速度，使碳酸鈣成核和析出速率均得到增大，從而控制晶體尺寸和形態。
　　
　　不同的晶型控制劑主要通過以下3個方面進行形貌的調控：①改變反應體系的界面性質，降低反應和生成物相的表面能，使反應更容易發生；②通過加入的控制劑與反應物發生反應，從而打破原有的化學平衡，影響其成核、結晶；③通過吸附作用吸附在晶核表面上特殊的位置或者固定的模板，形成特定方向上的位阻，抑制碳酸鈣沿著某些方向生長，各晶面成核速率不同，最終使碳酸鈣微晶按照特定方向生長。
　　
　　1、無機鹽金屬離子
　　無機鹽金屬離子在合成碳酸鈣的過程中發揮重要作用，Mg2+、Zn2+、Ba2+等金屬離子的存在會導致碳酸鈣的晶格畸變，從而影響其晶體的生長。金屬離子通過占據Ca2+在晶格中的特定位置，以使碳酸鈣的晶格發生畸變，從而改變碳酸鈣的晶體結構乃至形貌。
　　
　　Nishiyama等發現，當Mg2+起作用時，方解石型的碳酸鈣會大量產生。這可以解釋為MgCO3在方解石周圍的集聚作用，并一定程度上保護碳酸鈣，防止其形成無水碳酸鈣，從而得到穩定的單水碳酸鈣。通過調節CO32−、Ca2+及Mg2+的濃度可得到形貌各異、鎂鈣比不同的方解石。通過控制單水方解石中鎂鈣比，可以調控生成球狀方解石、針狀聚集體、方解石。Coboume等通過研究發現當CCa2+：CMg2+：CCO32-為1：1：1時可得到無定形碳酸鈣。
　　
　　Mahmut等發現在超聲波的調控下，Na+或K+存在時，所有產生的PCC粒子為方解石，而用NH+4則形成了文石和方解石晶體的混合物。Eiblmeoer等發現Ba2+和Ca2+對碳酸鈣的形貌也存在一定的導向作用，在合適的添加劑比例下會生成純凈的文石。
　　
　　2、酸類
　　無機或有機酸性溶液中存在某些陰離子，它們可與Ca2+發生微溶或不溶反應（例如SO42−產生CaSO4），也可作為晶體成核的媒介。晶體材料對碳酸鈣晶體具有較高的吸附能，可以吸附在碳酸鈣晶體上，使碳酸鈣顆粒呈鏈狀或針狀。
　　
　　大量研究發現，羧酸等有機酸并不影響碳酸鈣晶體的成核作用，而碳酸鈣晶體在生長過程中，碳酸鈣可以吸附有機酸到碳酸鈣顆粒上，從而影響晶體的生長。因為碳酸鈣顆粒對羧基的吸附比羧基與Ca2+的鰲合更強，所以羧酸中羧基的數目和羧酸的濃度都會抑制碳酸鈣晶體的生長，從而影響碳酸鈣形貌。
　　
　　Motoharu等研究了不同陰離子酸對碳酸鈣形成的影響，發現影響順序為：硒酸>砷酸>硅酸。陰離子能顯著抑制文石的形成，導致方解石以多晶型為主的生長，并顯著降低碳酸鈣礦物
　　的沉淀速率。這種表現主要是因為陰離子對方解石表面的吸附能力強于文石。
　　
　　3、醇類
　　
　　醇類的晶型控制劑的機理在于溶液的導電性以及離子間的相互吸引。醇類會抑制碳酸鈣不同晶型間的轉化，使球霰石晶體能夠均一、長時間地存在于自然環境中。在醇-水混合體系中，醇分子會與無機鹽離子競爭水分子，導致離子溶劑化層的組成和結構發生變化，影響離子結晶過程去溶劑化的能壘，同時致使碳酸鈣成核生長過程發生變化，進而引起碳酸鈣晶型、形貌的變化。
　　
　　楊陽等研究結果表明，多羥基醇有利于亞穩定球文石的形成，醇的加入會增加方解石和球文石的界面能，醇的羥基定向吸附造成的吸附位密度降低是提升礦物界面能最可能的機制，而溶劑氫鍵數量決定了CO32−自由度，有利于對稱度低且CO32−不平行的球文石形成。
　　
　　4、氨基酸類
　　氨基酸依據羧基、氨基的數量，大致可分為電負性酸性、電中性、正電性的堿性氨基酸。大量結果表明，普通球霰石均為球形粒子，而電負性的氨基酸能定向引導球霰石向亞穩態轉變，形貌體現為具有一定長徑比的橄欖球形；電正性的堿性氨基酸通過晶型導向作用，基本上生成方解石型的碳酸鈣；電中性氨基酸存在時，碳酸鈣產物以方解石和球霰石為主。
　　
　　5、糖類及蛋白質
　　在碳酸鈣的成核過程中，不同結構的糖類具有不同的誘導作用。直鏈可誘導合成出立方形顆粒，環狀可制備出紡鏈狀、針狀、球狀、片狀等顆粒形貌。由于不同種類的糖對碳酸鈣晶體生長的影響機理復雜，因此需要開展更多的研究并發掘其深遠的價值。
　　
　　糖類分子中的親水性基團同Ca2+之間的靜電匹配作用，致使晶體結晶成核的活化能降低，成核速率加快，體系的電導率有不同程度的降低。例如，在碳化反應初期液相體系的逐漸濃稠進一步造成局部過飽和，進而使碳酸鈣的結晶活化能有所下降。在反應開始后一段時間，許多高活性的非晶態碳酸鈣微晶吸附在Ca（OH）2溶液表面，使晶核表面能降低，不易團聚成大晶體，以較小晶核呈現。
　　
　　蛋白質對碳酸鈣形貌的控制與其特定的來源密切相關。從文石層提取出來的蛋白質可定向誘導生成文石型碳酸鈣。Falini等發現一種來自珍珠牡蠣殼中的無定形碳酸鈣結合蛋白（ACCBP）在CMg2+/CCa2+=1和CMg2+/CCa2+=2溶液中通過ACC前驅體誘導文石的形成。
　　
　　6、復合型添加劑
　　在對納米碳酸鈣晶型控制劑的研究中發現，僅僅通過工藝對碳酸鈣形貌進行誘導合成存在技術繁復、設備要求高等缺點，且單一的晶型控制劑導向生產的納米碳酸鈣形貌也有限，所以目前多使用的技術為兩種晶型導向劑結合作用，該法成功研制出形貌各異的納米碳酸鈣顆粒。
　　Zhang等通過把絡蛋白和Mg2+復合添加到制備體系中，Mg2+通過與碳酸鈣晶體的直接作用，或者也可能通過影響酪蛋白膠束的大小間接影響酪蛋白輔助碳酸鈣礦化，因為酪蛋白膠束在控制碳酸鈣礦化中起作用。
　　
　　資料來源：《蘇晴,燕溪溪,王爽,等.影響納米碳酸鈣性能的制備方法研究進展[J].上海第二工業大學學報,2021,38(03):175-183》，由【粉體技術網】編輯整理，轉載請注明出處！
　　

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