为提高工程水泥基复合材料(ECC)的经济适用性, 并保证其较好的拉伸延性, 研究了PVA-ECC的制备方法, 配制出性价比较高的PVA-ECC, 为实际工程提供更多的材料选择。首先基于ECC的微观力学模型和多尺度结构特征, 确定ECC配合比的优化方向。然后通过设计12组不同配合比的ECC试件单轴压缩试验和单轴拉伸试验, 研究硅灰、水泥/粉煤灰比、水胶比、PVA纤维种类和CaCO3晶须对ECC力学性能的影响, 确定了混杂纤维水泥基复合材料的较优配合比。最后通过价值工程法对比分析本文制备的混杂纤维水泥基复合材料的经济价值, 并根据其成本和性能, 提出了三种具有代表性的配合比: 低成本、拉伸延展性相对较低、单掺国产PVA纤维的H12; 中等成本、拉伸延展性相对较高、复掺两种PVA纤维的H11; 高成本、高拉伸延展性、复掺日产PVA纤维和CaCO3晶须的H8。本研究可为实现力学性能优化和经济性提高的双重目标提供数据参考。

为研究纳米改性再生混凝土的疲劳性能, 对其疲劳寿命进行估计并建立疲劳方程。以不同再生骨料取代率(0%、30%、50%, 质量分数)与纳米CaCO3掺量(0%、1%, 质量分数)为主要影响因素, 设计了不同应力水平(0.75、0.80、0.85)下的疲劳循环加载试验。结果表明: 混凝土的弹性模量随再生粗骨料取代率的增大而减小, 掺入纳米CaCO3可以提高混凝土的弹性模量并优化破坏形态, 有效提升整体性; 循环荷载下的疲劳寿命随最大应力水平增大而快速缩短, 1%的纳米CaCO3改性可以使疲劳寿命延长60%; 以双对数S-N（应力水平-疲劳寿命）曲线建立疲劳寿命方程, 并推导出考虑寿命概率的P-S-N曲线, 得到的相关系数随再生粗骨料取代率的增加而快速减小, 经纳米改性后有所增大; 再生混凝土的疲劳应变演化基本符合三阶段应变曲线发展规律, 提出新方程描述再生混凝土第二阶段应变曲线, 并建立变形量与循环比的关系式。

采用微筛孔反应器，以Ca(NO3)2·4H2O为钙源连续相、(NH4)2CO3为碳源分散相，液相沉淀法制备纳米CaCO3。利用XRD、TEM等表征手段分析研究分散相与连续相流量、浓度和停留时间等制备条件对碳酸钙的粒径、产率和形貌的影响。结果表明，使用微筛孔反应器通过液相沉淀法可制得平均粒径45~92 nm、产率达80%以上的方解石型纳米CaCO3。适宜的制备条件为：连续相进料流量FC=150 mL/min、分散相进料流量FD=150 mL/min、连续相浓度［Ca2+］=0.05 mol/L、分散相浓度［CO2-3］=0.2 mol/L、停留时间τ=5 s。微筛孔反应器特有的孔道结构能够均匀分散液相体系，从而避免了一般微反应器在液相沉淀反应中出现的堵塞问题，微筛孔反应器的分子扩散混合模式可大幅度强化液相体系的扰动程度并提高CaCO3过饱和度，使制得样品粒径较小且分布极窄。同时，通过改变制备条件可灵活调控样品的形貌与粒径。

作为天然金刚石生长环境的碳酸盐, 研究其掺杂对人造金刚石晶体生长行为的影响具有重要的学术价值。本文运用高温高压下的温度梯度法, 将碳酸钙(CaCO3)按照不同比例掺杂到金刚石合成腔体内的碳源中, 用以研究其掺杂对金刚石分别沿(100)或(111)晶面生长行为的影响。利用光学显微成像对掺杂合成金刚石晶体形貌的表征表明: 随着碳酸钙掺量的增加, 沿(100)面生长的金刚石晶形由塔状变为板状且出现了裂晶、连晶现象, 晶体颜色先变浅再变黑, 内部出现了包裹体；同样, 沿(111)面生长的金刚石晶形由板状逐渐变为塔状且出现了裂晶、孪晶现象, 晶体颜色逐渐变黑, 内部包裹体增多。用激光拉曼光谱对掺杂金刚石晶体质量的表征表明: 随着碳酸钙掺量的增加, 沿(100)或(111)面生长的掺杂金刚石的拉曼峰位偏移量均增大, 半峰全宽均变大。这说明碳酸钙掺杂使得金刚石晶格畸变增加、内应力变大。本文对碳酸钙掺杂影响沿两不同面生长金刚石的晶形、颜色、内部质量等行为的成因进行了分析, 为本课题后续研究奠定了基础。

本文探究了多个影响因素对大豆脲酶诱导碳酸钙沉淀(SICP)的影响，以优选出主要影响因素并提供其最佳范围。首先分析了脲酶浓度和温度对脲酶活性的影响；之后通过正交实验设计，进行25种工况的SICP水溶液实验，研究不同因素组合下Ca2+利用率的变化规律；最后借助扫描电子显微镜观测不同工况下生成碳酸钙的形态。结果表明：低温有利于脲酶的保存及活性发挥，5 ℃时脲酶活性能保持21 d以上；同一温度下，脲酶浓度越大，脲酶初始活性越高，脲酶完全失活所需时间越短。pH值、脲酶与胶结液体积比是影响Ca2+利用率的主要因素。为达到较高的Ca2+利用率，脲酶和胶结液最佳体积比为1，氯化钙与尿素最佳浓度比为1.5，Ca2+最佳浓度为1 mol/L。当脲酶浓度较低时生成的六面体状碳酸钙较多；随着脲酶浓度的增大，所沉淀的碳酸钙向球形转变。大豆中富含的天冬氨酸是控制碳酸钙形态的重要因素。

利用三聚氰胺和碳酸钙成功合成了一种新型吸附剂CaCO3/g-C3N4。通过XRD，FT-IR，SEM，TEM和BET对CaCO3/g-C3N4的结构进行深入研究。实验结果表明: CaCO3/g-C3N4对结晶紫(CV)具有快速、高效的吸附性能(89.34%)和出色的吸附容量(1 209.75 mg/g)。CaCO3/g-C3N4对CV的吸附符合准二级动力学和Langmuir等温吸附模型。同时，基于吸附前后吸附剂的FT-IR和XPS分析，得出π-π堆积，n-π相互作用和氢键协同效应是CaCO3/g-C3N4选择性吸附CV的重要因素。

胶矾水是中国传统书画修复和装裱材料, 但过量使用明矾会引起宣纸不同程度的酸化。 为了解胶矾水中明矾对宣纸中不同成分的影响, 明确传统胶矾水中明矾用量范围, 减少其对宣纸的危害, 采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)和X射线衍射(XRD)研究了明矾对宣纸中纤维素和碳酸钙的影响, 并将傅里叶退卷积和二阶导曲线拟合的方法引入研究明矾对宣纸中明胶蛋白质二级结构的影响。 XRD和ATR-FTIR结果表明明矾会不同程度溶解纸张中的结晶纤维素、 非结晶纤维素和CaCO3(生成CaSO4), 在明矾浓度超过5 Wt%后成分变化最剧烈。 傅里叶退卷积和二阶导曲线拟合结果表明明矾会使宣纸中明胶蛋白质二级结构改变, 使α-螺旋结构、 β-转向结构和γ-随机结构向β-折叠结构转变。 在明矾浓度超过5 Wt%后, 蛋白质二级结构发生剧烈变化。 研究得出了明矾对宣纸中不同成分的影响, 在最小干预的文物保护原则基础上给出了明矾用量范围, 为纸质文物中蛋白质二级结构研究引入了一种新方法, 扩大了ATR-FTIR在纸质文物中的研究和应用范围。

采用变温FTIR光谱法研究了原料PET和PET/nano-CaCO3(MPET)复合材料体系在40～250 ℃之间逐渐升温过程中, PET基体的固态转变。 通过研究PET内标谱带1 410 cm-1与结晶相关谱带1 342 cm-1吸光度之比值随温度变化关系曲线, 结合其在同样条件下的差热扫描(DSC)曲线, 分析了纳米CaCO3粒子的加入对PET固态转变和结晶相关谱带的影响, 表明纳米CaCO3粒子的加入显著改善了PET的结晶和熔融行为。

采用微波法合成了红色荧光粉CaCO3:Eu3+。 通过SEM,XRD和PL-PLE光谱等对样品的性能进行了表征和分析。 同时,研究了微波功率对样品发光性能的影响。 结果表明,样品在不同功率下会生成球霰石型的花片状、方解石型的立方体和文石型的针状等不同晶型的碳酸钙,颗粒的分散性好。 波谱分析说明,掺杂Eu3+作为发光中心进入到CaCO3晶格中,其激发光谱主要由200-300 nm的Eu3+—O2-电荷迁移跃迁形成,属于宽带激发,在319,395,465,535 nm等处有窄的激发峰出现。 在发射光谱中,由于磁偶极跃迁5D0→7F1受到不同晶体场的作用而分裂为593和589nm两个峰,最强的发射峰为614 nm,对应于Eu3+的电偶极跃迁5D0→7F2,属于纯正的红色发光。 此外,随着微波功率的提高,基质的晶型逐渐由花片状的球霰石向针状的文石型过渡,样品的红色发射强度也逐渐增强。