聚乳酸和一類缺陷羥基磷灰石界面相互作用機(jī)理的第一性原理研究.pdf

1、羥基磷灰石填充的納米復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。探索有機(jī)相和羥基磷灰石界面作用機(jī)理無論對理論研究還是指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用中都具有重要意義。由于缺陷羥基磷灰石具有更高的表面活性，因而研究更接近實(shí)際的帶缺陷的羥基磷灰石界面和有機(jī)相的相互作用機(jī)理很有必要。本文主要使用密度泛函理論(DFT)方法(GGA-PBE)構(gòu)建了一個(gè)缺陷羥基磷灰石模型(D-HA)，并考察了聚乳酸(PLA)與其表面的相互作用情況，以期望能幫助人們對有機(jī)物基納米復(fù)合材料間的作用本

2、質(zhì)有一個(gè)更深入的認(rèn)識(shí)。 為了能夠得到更加接近實(shí)際的羥基磷灰石缺陷表面，一個(gè)更合理的電荷補(bǔ)償機(jī)制和更低的表面能結(jié)構(gòu)是十分必要的。鑒于此，本文第三章首先從實(shí)驗(yàn)事實(shí)中抽象出一個(gè)包含主要雜質(zhì)粒子的缺陷羥基磷灰石一維模型，然后以這個(gè)模型為基礎(chǔ)建立了一個(gè)描述宏觀參數(shù)特征映射到微觀粒子數(shù)目的對應(yīng)法則。進(jìn)一步根據(jù)這個(gè)模型以及一些容易測量的且符合實(shí)際情況的參數(shù)特殊值，便得到了缺陷羥基磷灰石的二維模型，分子式為Cas[(HPO4)3(PO4)2(C

3、O3)](OH)2。然后以這個(gè)分子式所確定的各個(gè)離子的數(shù)目為參考，使用基于DFT的CASTEP軟件包優(yōu)化結(jié)構(gòu)、計(jì)算能量，逐步地搜索篩選，最后得到了穩(wěn)定的缺陷羥基磷灰石的幾何結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)中的CO32-等粒子的結(jié)構(gòu)和位置特征和文獻(xiàn)中報(bào)道的類似結(jié)構(gòu)基本一致。同時(shí)我們還詳細(xì)考察了其(001)面的幾何特征以及形成的原因。 論文第四章我們進(jìn)一步考察了PLA模型在D-H(001)面上的吸附行為。為了精確描述氫鍵，我們使用了700eV的平面波

4、截?cái)嗄?。我們觀察到在每個(gè)重復(fù)單元表面有兩個(gè)P-OH，而只有一個(gè)可以被PLA中的羰基氧所捕捉。同時(shí)我們還注意到，羰基氧除了和缺陷羥基磷灰石表面的鈣離子相互作用外，還有兩類氫鍵相互作用。一種便是上面所提到的羰基氧捕捉到P-OH中的氫情形，屬于中等強(qiáng)度的氫鍵，鍵長為1.69A，鍵能為48kJ·mol-1；另外一種便是較弱的氫鍵相互作用。它們是PLA中甲基和亞甲基中的氫與磷酸根或者磷酸一氫根中的氧之間的相互作用，其鍵長大約是2.48A，鍵能大約