刘育京，李寒莹

(浙江大学高分子科学与工程学系, 高分子合成与功能构造教育部重点实验室, 浙江 杭州 310027)

1 前 言

单晶，通常化学组成单一，形状规则，其内部晶格在三维空间内长程有序排列。然而，自然界中生物体通过生物矿化作用调控组装的无机矿物单晶则可以吸收大量生物大分子而形成“单晶复合物”[1-4]。比如，在棘皮动物(如海胆、海蛇尾)与软体动物的贝壳中形成的部分生物矿物被证明是由方解石单晶和生物大分子共同形成的具有复杂结构的有机/无机复合晶体。这种单晶复合物内部形成的复杂结构及有机客体相的嵌入使其获得了相应增强的力学性能[1, 5-10]。

生物体组装单晶在结构性能上体现的优势激发了科学家们极大的研究兴趣，即通过在单晶基体中嵌入客体材料改变单晶结构，从而提升其本征性质，甚至是赋予其非本征性质。目前，具有广泛化学组成的客体材料被证明可以嵌入单晶基体以获得种类丰富的人工合成单晶复合物[11-18]。一方面，客体材料可以在结晶介质中作为离散相存在，比如粒子[19, 20]、胶束[21, 22]，另一方面，客体材料可以形成连续的结晶骨架诱导结晶，比如有序的聚合物模板[14]和光子晶体[23, 24]，也包括无序的凝胶网络[25-27]。有趣的是，作为历史悠久的晶体生长工艺，在20世纪60年代，凝胶晶体生长法被证明可以在生长的单晶内嵌入凝胶介质[28]。受此启发，近年来通过在凝胶介质中引入化学反应[29]和溶质的物理过饱和处理[30]，制备得到的单晶复合物种类得到了极大地拓展[27, 30-32]，而扫描透射电子显微技术则证明凝胶组分以连续的三维网络形式在单晶基体均匀分布[13]。……