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碳酸钡-二氧化硅仿生材料是一类具有仿生形貌的无机材料，可通过碳酸钡纳米晶体在二氧化硅基质中的自组织形成，其制备方法简单，形貌可调控性强。然而，与天然生物材料相比，当前该仿生材料的形貌多样性与复杂性不足，且应用开发少。本文针对该材料探索出新的仿生形貌，并研究了其光学性能以开发其应用。
不同于传统的基于单因素调控的形貌开发策略，本文通过多因素的协同作用模拟天然生物材料的合成环境。在同时控制反应温度和镁离子掺杂量的条件下，制备得到一种复杂分层的新型碳酸钡-二氧化硅仿生材料。扫描电子显微镜的表征结果揭示了一个自发的形貌演化过程，共包含茎生长、垂直生长、溶解成枝和三角形化四个阶段。通过透射电子显微镜、能量色散X射线光谱以及原子力显微镜等表征，分析了材料在各阶段的晶体结构、元素组成以及表面结构，其结果表明，多晶碳酸钡和单晶碳酸钡的生长导致了茎生长和垂直生长阶段的发生，且多晶和单晶的生长分别受二氧化碳和碳酸镁调控；单晶碳酸钡的奥斯特瓦尔德熟化和扩散受限生长导致了溶解成枝和三角形化阶段的发生。这一形成机理被用于进一步指导仿生材料的开发。通过改变反应温度和镁离子掺杂量，调节溶液中的二氧化碳及碳酸镁含量，对新型仿生材料的多晶和单晶生长路径进行了调控，制备出一系列衍化的分层仿生材料。
此外，本文开发了碳酸钡-二氧化硅仿生材料作为光学防伪标签和光波导的应用。利用碳酸钡-二氧化硅体系对有机荧光染料的相容性，向反应溶液中加入有机荧光染料，通过种子生长法对螺旋形和蠕虫形仿生材料进行了多级荧光编码。编码后的仿生材料具有空间上相互分离的荧光发射区域，其荧光行为在不同的编码次序和层级下表现出明显差异，可作为光学防伪标签应用于防伪领域。此外，通过调节漏斗形仿生材料在不同溶液中的生长次序和时间，使其负载不同种类和数量的发色团。基于漏斗形仿生材料对可见光的传导能力，利用有限的发色团在仿生材料上实现了多色发光以及白光发射。
本文的研究提高了碳酸钡-二氧化硅仿生材料的形貌多样性及复杂性，拓展了其在光学领域的应用，能够为该材料作为仿生功能材料的开发与应用提供借鉴。
不同于传统的基于单因素调控的形貌开发策略，本文通过多因素的协同作用模拟天然生物材料的合成环境。在同时控制反应温度和镁离子掺杂量的条件下，制备得到一种复杂分层的新型碳酸钡-二氧化硅仿生材料。扫描电子显微镜的表征结果揭示了一个自发的形貌演化过程，共包含茎生长、垂直生长、溶解成枝和三角形化四个阶段。通过透射电子显微镜、能量色散X射线光谱以及原子力显微镜等表征，分析了材料在各阶段的晶体结构、元素组成以及表面结构，其结果表明，多晶碳酸钡和单晶碳酸钡的生长导致了茎生长和垂直生长阶段的发生，且多晶和单晶的生长分别受二氧化碳和碳酸镁调控；单晶碳酸钡的奥斯特瓦尔德熟化和扩散受限生长导致了溶解成枝和三角形化阶段的发生。这一形成机理被用于进一步指导仿生材料的开发。通过改变反应温度和镁离子掺杂量，调节溶液中的二氧化碳及碳酸镁含量，对新型仿生材料的多晶和单晶生长路径进行了调控，制备出一系列衍化的分层仿生材料。
此外，本文开发了碳酸钡-二氧化硅仿生材料作为光学防伪标签和光波导的应用。利用碳酸钡-二氧化硅体系对有机荧光染料的相容性，向反应溶液中加入有机荧光染料，通过种子生长法对螺旋形和蠕虫形仿生材料进行了多级荧光编码。编码后的仿生材料具有空间上相互分离的荧光发射区域，其荧光行为在不同的编码次序和层级下表现出明显差异，可作为光学防伪标签应用于防伪领域。此外，通过调节漏斗形仿生材料在不同溶液中的生长次序和时间，使其负载不同种类和数量的发色团。基于漏斗形仿生材料对可见光的传导能力，利用有限的发色团在仿生材料上实现了多色发光以及白光发射。
本文的研究提高了碳酸钡-二氧化硅仿生材料的形貌多样性及复杂性，拓展了其在光学领域的应用，能够为该材料作为仿生功能材料的开发与应用提供借鉴。