实际生产中碳酸钙块体材料制备难度极大, 用人工方法制造碳酸钙往往只能得到微米级粉末。本文以珊瑚粉与球霰石型碳酸钙为原材料, 采用压制成型, 利用珊瑚粉的晶核效应调控球霰石向针棒状文石型碳酸钙转变, 通过针棒状文石相互穿插、搭接形成三维空间结构, 制备出性能良好的碳酸钙水泥。研究珊瑚粉对碳酸钙水泥凝结硬化过程、强度的影响, 系统分析碳酸钙水泥硬化体的物相组成、微观形貌、孔隙结构等微观结构特征。结果表明, 碳酸钙水泥的硬化与球霰石向文石的转化过程直接相关。珊瑚粉含量为40%(质量分数)时, 碳酸钙水泥力学性能最优, 其2、6 h抗压强度分别可达27、33 MPa。珊瑚粉的掺入能够诱导球霰石向文石转化, 抑制了球霰石向热力学最稳定的方解石转化, 并降低最可几孔径, 减少更有害孔隙。

贻贝是广泛分布于全球水域的物种, 从近海海域到深海热液、 冷泉等极端环境。 贻贝分泌碳酸钙矿物形成介壳保护软体组织, 介壳是一种天然纳米复合材料, 具有优异的力学性能, 在生物材料、 组织工程以及仿生学等方面具有很好的应用前景, 已经成为国内外研究热点之一。 拉曼光谱是一种非破坏、 非接触及多组分同时测试的检测技术, 可以提供矿物成分信息。 利用共聚焦显微激光拉曼技术对不同环境下（台西南冷泉繁茂区、 Desmos热液区、 实验室养殖及大连近海海域）生长的贻贝介壳进行检测, 得到四种环境中生存的贻贝介壳珍珠层的拉曼光谱和介壳横截面局部区域的线扫趋势图及二维拉曼成像图。 基于实验结果得到以下结论, 四种环境中生存的贻贝介壳的棱柱层和珍珠层矿物为碳酸钙, 其中棱柱层矿物组成均为方解石, 拉曼测试方解石特征峰位于711和281 cm-1附近, 而介壳珍珠层虽然主要为碳酸钙, 但不同环境下生长的贻贝珍珠层的矿物组成存在一定差别: 大连近海贻贝珍珠层矿物为文石, 拉曼测试文石特征峰位于706和206 cm-1附近, 结晶程度差。 热液区生长以及实验室养殖贻贝珍珠层矿物也为文石, 特征峰位于706和206 cm-1附近, 但结晶程度相对较好。 台西南冷泉繁茂区贻贝珍珠层主要为文石（706和206 cm-1）, 并含少量方解石, 拉曼测试方解石特征峰位于711和281 cm-1附近。 通过对比四种环境中贻贝介壳的矿物组分以及相对分布, 结合生存环境的差异, 认为介壳矿物组成差异是贻贝应对深海冷泉、 热液不同理化环境的一种环境适应机制。 测试结果表明贻贝生长环境压力对珍珠层矿物组成有较大影响。 研究表明共聚焦显微拉曼光谱是一种快速、 高效的用于研究不同环境下生存的贻贝的介壳矿物组成的技术手段。 这为研究深海贻贝生命过程与适应机制提供了重要的参考资料。

采用傅里叶变换红外光谱仪KBr粉末压片法和原物镜面反射法对 8件文石样品进行测试,对比了两种方法的差异.深入探讨文石晶体在不同方向上红外镜面反射光谱的变化,发现文石的红外镜面反射光谱具有显著的各向异性:在垂直、平行和斜交于文石 c轴的面上[CO3]2－产生的 v3振动反射峰宽化易出现变形和位移现象;v2振动反射峰峰位和相对强度发生明显的规律性变化.由此,认为红外镜面反射光谱可用于文石晶体取向的研究.在此基础上,对 5件养殖珍珠表面和剖面进行测试对比.结果显示,从养殖珍珠表面获得的红外镜面反射谱与文石垂直于 c轴的底面所得相同;养殖珍珠剖面上测得的红外镜面反射谱与文石平行/斜交于 c轴的面所得谱类似,于是推断养殖珍珠中文石晶体是以c轴指向球心的方式排列的.

珍珠是名贵的装饰品和中药材, 在我国对其已有2000多年的应用历史。 研究发现, 贝壳内层的化学组成与珍珠相似, 主要含有碳酸钙和各种氨基酸。 贝壳粉也可在临床上做药用, 但其药用价值远低于珍珠粉。 然而, 珍珠粉和贝壳粉外观特性极为相似, 元素组成和形貌检测无法对其进行有效地鉴别。 由于贝壳粉的成本低, 常常冒充珍珠粉流入市场, 侵害了消费者的利益。 本研究通过珍珠粉和贝壳粉在不同温度下煅烧一定时间后显微红外反射光谱的差异实现珍珠粉真伪鉴别。 实验结果表明, 在一个大气压下经过400 ℃煅烧30 min后, 珍珠粉中文石型碳酸钙部分转化为方解石型, 而贝壳粉中文石型碳酸钙完全转化为方解石型。 这种不同的相转变过程可以被显微红外反射光谱很好的区别。 因此, 可在此条件下利用红外反射光谱鉴别珍珠粉和贝壳粉相变差异。 和传统的透射式红外光谱法相比, 这种显微反射红外光谱法无需压片制样、 快速灵敏。 本研究也讨论了该方法针对其他常见伪品的适用性, 如牡蛎粉和石决明粉, 结果表明该方法能够简单、 高效和准确地鉴别珍珠粉真伪。

采用紫外-可见（UV-Vis）反射光谱对天然与改色处理的金色海水养殖珍珠进行了谱图对比性研究, 并进一步探究了上述天然与经改色处理金珠中外层的珍珠层及内核中文石型碳酸钙的ν3, ν1, ν2和ν4特征吸收峰位的频率改变特征。 结果表明: (1)基于金珠样品的UV-Vis反射谱图的测试, 天然金珠样品由于表面微结构的差异, 同一颗天然金珠的UV-Vis反射光谱存在一定的差异性。 同时, 依据改色处理金珠的UV-Vis反射谱图的吸收峰的峰位及其谱图特征, 首次将目前较常见的改色处理金珠归纳为四类。 (2)天然的或者经改色处理的金珠的外层珍珠层中的文石ν2振动频率相对内核中文石的ν2振动频率而言, 前者出现明显的蓝移特征。 但两者中文石的ν3, ν1, ν4振动频率则表现出一致性, 且与合成文石的相关谱带频率一致。 此外, 天然与改色处理的金珠珍珠层中文石的红外特征吸收峰峰位一致, 结果表明改色处理工艺对珍珠层中文石的晶体结构无直接影响。

利用金刚石压腔结合拉曼光谱分析技术, 研究了文石在18～388 ℃, 71～2 014 MPa, 以及方解石在19～351 ℃, 96～1 823 MPa条件下的拉曼光谱特征, 并得到文石和方解石的拉曼位移与温度、 压力三者之间的关系式。 研究结果表明, 文石和方解石的拉曼位移随温度压力的变化规律相似, 都随压力升高向高频移动, 除文石的704 cm-1外均随温度升高向低频移动。 二者的晶格振动νi/T值均大于［CO3］基团内振动的值, 说明CaO6八面体的热膨胀性大于［CO3］基团的热膨胀性。 二者的对称伸缩振动ν/T及ν/P值不同, 由于该振动拉曼位移和C—O键的键长有关, 方解石的C—O键的热膨胀性比文石小而可压缩性比文石大。 另外升温升压过程中文石和方解石可以相互转化, 伴随该过程发生的［CO3］基团旋转变形等动力学因素也可以造成二者νi/T和νi/P值差异。

利用碳化硅压腔结合拉曼光谱分析技术, 研究了常温0.1～2 GPa压力下文石的拉曼光谱特征, 并得出文石拉曼位移与压力之间的关系: ν153(cm-1）=0.003 5p(MPa）+154.0, ν206=0.006 0p+206.3, ν704=0.002 1p+704.2, ν1 085=0.003 5 p+1 085.3。 在实验的压力范围内, 未观察到文石的相变。 另外, 与其他碳酸盐矿物(菱镁矿、 白云石）类似, 0～2 GPa压力下文石的对称伸缩振动拉曼位移随压力变化的dν1 025/dp值大于超高压条件下的dν1 025/dp值, 表明碳酸盐矿物［CO3］基团中C—O键的可压缩性和压力有关, 其可压缩性在0.1～2 GPa时较大, 压力升高可压缩性降低。

鱼耳石是存在于硬骨鱼内耳中的功能性沉积体，主要由碳酸钙和有机质构成，是一种典型的天然生物矿物。鱼的内耳中共有微耳石、星耳石、矢耳石各1对。利用FTIR光谱和Raman光谱对实验室中养殖锦鲤的星耳石和微耳石进行了对比分析，结果表明微耳石的矿物相为文石，而星耳石的矿物相则为球文石，微耳石中纯文石和星耳石中纯球文石的各自独立存在为文石/球文石的矿化机理研究提供了十分优异的天然样品。分别将其与无机和生物成因的文石、球文石的Raman及FTIR图谱进行比较，发现微耳石的FTIR和Raman图谱特征介于无机成因文石和其他生物成因文石之间，而星耳石的FTIR和Raman图谱特征则与其他生物成因的球文石更为接近，这可能是由于有机物参与了生物矿化过程并起到了稳定介稳相的球文石的结果。

对翡翠贻贝贝壳的珍珠层、棱柱层进行了XRD和FTIR光谱检测,对文石的ν₁,ν₂及ν₄三个内振动模式的频率进行了分析。文石的ν₁和ν₄带在所有的样品中不存在频率位移现象,与洞穴文石的相关谱带的频率一致;ν₂带频率却存在较大差异,珍珠层、棱柱层的ν₂带存在频率位移,初步推测生物合成文石与热效应有关,内部储存有过剩的能量,可作为研究生物矿化机理的实验依据。