納米氧化鈦、羥基磷灰石、氧化鋅及氧化鈰陶瓷材料的制備及性能研究.pdf

1、陶瓷材料是人類應(yīng)用最早的材料之一?？邎?jiān)硬、穩(wěn)定，可以制造工具、用具，在一些特殊的情況下也可以用作結(jié)構(gòu)材料。隨著納米工藝等新的制備技術(shù)的出現(xiàn)，其應(yīng)用范圍也進(jìn)一步拓展。 近年來(lái)，骨組織工程成為一項(xiàng)迅速發(fā)展、不斷革新的熱點(diǎn)課題。尋找好的骨替換材料已成為許多國(guó)家的研究項(xiàng)目之一。生物陶瓷是骨替換材料的一種類型。最近，納米材料的研究得到了廣泛的關(guān)注。本論文利用水熱法制備了二氧化鈦(TiO2)、羥基磷灰石(HA)、氧化鈰(CeO2)陶瓷材料，

2、并進(jìn)行了體外生物活性研究。 制得的二氧化鈦材料通過(guò)掃描電鏡、X射線能譜儀、X射線衍射儀對(duì)二氧化鈦表面的形貌與組成進(jìn)行了研究，結(jié)果表明所得材料是由直徑10-18nm、長(zhǎng)60-180nm的納米棒組成的。通過(guò)將納米二氧化鈦棒在恒溫、振蕩的條件下浸泡于模擬體液(SBF)中，通過(guò)檢測(cè)在模擬體液中材料表面生成的羥基磷灰石(HA)的能力來(lái)評(píng)估其體外生物活性。結(jié)果顯示，TiO2納米棒經(jīng)過(guò)在SBF中浸泡一天即在表面生成納米HA；表明該TiO2納米

3、棒材料具有優(yōu)良的生物活性，在生物材料的應(yīng)用領(lǐng)域有廣闊前景。 在沒(méi)有任何表面活性劑存在的情況下，利用水熱法合成了尺寸分布均勻的羥基磷灰石納米棒，其長(zhǎng)度和直徑分別為0.2-0.6μm和45-60nm。通過(guò)模擬體液浸泡實(shí)驗(yàn)，研究了其體外生物活性。結(jié)果顯示，浸泡十天后的羥基磷灰石納米棒直徑增加為60-140nm，表面有新的羥基磷灰石層的形成，表明了該羥基磷灰石納米棒具有良好的生物活性。 采用水熱法制備梭形二氧化鈰。通過(guò)將二氧化鈰

4、在恒溫、振蕩的條件下浸泡于模擬體液(SBF)，通過(guò)檢測(cè)在模擬體液中材料表面生成的羥基磷灰石(HA)的能力來(lái)評(píng)估其體外生物活性。利用掃描電鏡、X射線衍射以及能譜、紅外等方法對(duì)樣品進(jìn)行分析和表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在模擬體液中，二氧化鈰表面發(fā)生一系列反應(yīng)，表面生成一層羥基磷灰石(HA)，表明該梭形二氧化鈰具有生物活性。 原子力顯微鏡是揭示微生物表面結(jié)構(gòu)及其與功能相關(guān)性的一種新的有力工具，它具有比傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡更高的放大倍數(shù)和極高的分辨率

5、，能對(duì)從原子到分子尺度的結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維成像和測(cè)量，并且可以在生理?xiàng)l件下實(shí)時(shí)進(jìn)行。納米二氧化鈦和氧化鋅材料具有光催化性，它在污水處理、空氣凈化、太陽(yáng)能利用、抗菌、防霧和自潔凈等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。本論文利用納米TiO2和ZnO經(jīng)過(guò)紫外光照射以后，作用于大腸桿菌，用原子力顯微鏡觀察其抗菌性的表現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)納米TiO2和.ZnO抗菌作用后的大腸桿菌菌體與正常菌體相比，其表面變得不光滑，彈性程度不一，細(xì)菌表面有囊泡出現(xiàn)，表面粗糙度增加

6、，進(jìn)一步揭示了納米TiO2和ZnO抗菌作用的機(jī)理，即抗菌劑使菌體表面粗糙度變大，表面彈性變小且變化無(wú)規(guī)律，菌體表面粘附力變?nèi)酰瑥亩M(jìn)一步導(dǎo)致了細(xì)菌的死亡。 納米TiO2作為一種光催化劑，其應(yīng)用研究引起了廣泛關(guān)注。本文利用溶膠浸漬并于500攝氏度燒結(jié)的方法分別制備負(fù)載于玻璃板和玻璃微珠的二氧化鈦以及鐵摻雜的二氧化鈦薄膜催化劑。薄膜催化劑分別用紫外分光光度計(jì)、X射線衍射和原子力顯微鏡等方法進(jìn)行了表征。鐵摻雜的二氧化鈦催化劑(含10％