功能型钙钒石晶体合成及其物理特性研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

钙矾石相是水泥的重要水化产物之一，化学分子式为3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O[1-2]，因分子式中含有3个分子的CaSO4，故又称为三硫酸盐型水化硫铝酸钙，简称为AFt相。早在1890年E.Candlot通过铝酸钙水溶液和硫酸钙发生反应，发现了化学式为3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O的矿物[3]，这是最早提到的钙矾石的前身。H.F.WTaylor和Moore等人利用现代高科技科研设备对钙矾石相的分子结晶结构进行微观研究，发现如果以单个晶体结构为单元，其晶体结构是垂直于C轴的层状结构模型;如果以多个晶体结构为单元，其晶体结构式柱状结构模型[4-5]。他们还做了更细微的研究，发现钙矾石相晶体结构为六角形棱柱体[6-9]，由铝八面体柱([Al（OH)6]3-)及钙多面体、硫酸络离子在氢键作用下绞合而成，基本结构单元为(Ca3(Al(OH)6)·12H2O)3 ，钙矾石主结构中含有24个水分子，一半结合较牢固，称为主顶点水；另一半键强很弱，为副顶点水。另外还有8个分子的结晶水是处在沟槽中的，他们与柱的结合力最弱，最容易失去[10-11]。

关于前期人们对钙矾石的研究，主要集中在利用其水化膨胀性能减少水泥混凝土早期收缩等方面[12-15]。鉴于钙矾石特殊的结构，包含有大量的可以被取代的水分子，在不改变钙矾石主体结构的情况下，取代上不同的离子或官能团，可能会衍生出不同的物质，创造未知的物理化学特性。同时，我们考虑这种结构在不同温度下不同位置水分子的脱落情况是不同的，利用这一点可以制成一种对温度敏感的温控物质。钙矾石是层状结构，是一种理想的吸附剂和离子交换剂，通过改变外部条件，在某些情况下吸附有毒物质、核废料、有毒金属离子等，成为环保材料。在医学方面，钙矾石可以通过离子、官能团取代成为具有分子识别能力的物质，成为多种物质的载体，开辟分子靶向治疗的新道路。由于钙矾石结构中含有许多配位水和结晶水，控制合成条件可以使层内具有碳酸根，受热时放出水和二氧化碳起到阻燃的目的，成为新型建筑阻燃材料[16]。

2. 研究的基本内容与方案

（1）基本内容：

1.研究原料成分、合成方法、反应条件等对钙钒石晶体组成与结构的影响，掌握钙钒石晶体合成制备方法与关键控制参数；

2.探明多种金属离子、有机官能团对钙钒石晶体结构的取代置换机理，表征掺杂改性的钙钒石结构特征；

3. 研究计划与安排

（1）第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

（2）第4-9周：完成材料合成实验；

（3）第10-12周：完成物理特性测试；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]席耀忠二次钙矾石形成和膨胀混凝土的耐久性[j].混凝土的水泥制品，

2003(2):5-9

[2]马惠珠李宗奇.混凝土中钙矾石的形成[j].建筑科学，2007(11):105-111.