羟基磷灰石的制备和表征

I本科毕业设计（论文）题目：纳米羟基磷灰石的制备和表征学生姓名：方立志学号：100911104系（部）：材料与化学工程系专业：应用化学入学时间：2010年09月导师姓名：吴国志职称/学位：副教授/硕士导师所在单位：毕业设计（论文）提交时间：二○年月II学位论文独创性声明本人所提交的学位论文，是在导师指导下由本人独立完成的研究成果，对文中所引用他人的成果，均已进行了明确标注或得到许可。论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，不包含他人已申请学位或其他用途使用过的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果，如有不实之处，由本人承担一切相关责任。学位论文作者签名：日期：年月日III学位论文使用授权声明本人完全了解池州学院有关保留、使用学位论文的规定，允许论文被学校图书馆收藏并被查阅。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学位论文以非赢利的方式使用，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，有权将学位论文进行汇编。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位论文作者签名：论文指导教师签名：日期：年月日日期：年月日VI目录中文摘要.........................................................1英文摘要.........................................................21.前言...........................................................31.1纳米羟基磷灰石制备的意义............................................31.2纳米羟基磷灰石制备传统的方式........................................32.实验过程......................................................52.1实验药品.............................................................52.2实验仪器.............................................................52.3实验步骤.............................................................62.3.1实验条件的选择与调控.............................................62.3.2实验操作步骤.....................................................73.仪器检测数据分析.............................................83.1FT-IR分析..................................................83.2XRD分析..................................................83.3SEM分析.................................................94.结果与讨论..................................................10参考文献........................................................12致谢............................................................131纳米羟基磷灰石的制备和表征摘要现如今，纳米材料成为许多科学研究者工作的热点，纳米羟基磷灰石的特殊结构和良好的性能都是科学工作者的研究对象，在许多方面已经得到了很好的应用。这篇论文主要论述了纳米羟基磷灰石几种常见的制备方法，并选择其中的一种进行改进和尝试不同的环境对制备结果的影响，分析结果得出相应的结论，主要在已有的技术上进行改进和探索更佳好的制备条件，为它的发展再添动力。通过实验得到结论，时间对纳米羟基磷灰石的制备影响很小，不影响它的形状和性状，而温度对它的性状影响不大，主要是影响它的形状。同时本论文也介绍了纳米羟基磷灰石材料的性质和它已经应用和可能应用的领域，对它的研究方向提出了个人见解，而且对它的发展前景进行了一定展望。关键词：纳米羟基磷灰石；制备；表征2AbstractNow,Nanomaterialshasbecomeafocusofmanyscientificresearcherswork,n-HA,Thespecialstructureandexcellentperformanceistheresearchobjectofscientificworkers.Itiswellappliedinmanyaspects.Thisessaymainlydiscussesthenanohydroxyapatiteseveralcommonpreparationmethod,selectoneofthosetrynewmethodanddiscussdifferentenvironmentsontheperparationeffectsoftheresultsthatanalysisresultsanddrawthecorrespondingconclusion.Themainimprovementandexplorationconditionsofmakingbetterinexistingtechnology,sothatitdevelopmentsofbetter.Atthesametime,thepropertiesofnanohydroxyapatiteandithasbeenappliedandpossiblefieldsofapplicationareintroduced,notonlytheresearchdirectionofitputsforwardpersonalopinions,butalsoonitsdevelopmenttoacertainoutlook.Keywords:n-HA;manufacture;characterization31.前言1.1纳米羟基磷灰石制备的意义1.1.1纳米羟基磷灰石在生物材料方面的应用羟基磷灰石（Ca10（PO4）6(OH)2，HA）是一种微量溶于水中磷酸的钙盐，人体的骨骼、牙齿中的主要成分都是由它构成的。在人体的骨骼中羟基磷灰石的含量达到了60%，牙齿的珐琅质表面它的含量更是达到了95%或者更高。人体骨中的HA主要以针状的和柱状晶体的形式存在，它长约40-60nm，宽约20nm，厚约3-5nm。因为HA的成分和晶体的结构和人骨几乎相同，所以拥有很好的相容性和生物活性，导入肢体内能与机体形成很好的键合，因此它可以作为制作骨骼的填充材料、人造骨骼的主体材料等，能与机体很好的传导，是一种理想的代替材料。为了改善它的机械性能，有研究把它制作成生物复合材料。通常把这种HA生物复合材料分成三类：（1）金属-HA复合材料。已经研究的有Ti金属粒子、Ag金属粒子、FeCr合金纤维还有不锈钢纤维等。这些研究过的金属中Ag的效果最好，不仅强韧，而且还有抗菌的效果。（2）生物惰性陶瓷-HA复合材料。已经研究的除了有粒子、纤维，还有晶须等，例如：TiO2粒子、Al2O3晶须等。（3）高聚物-HA复合材料。已经研究的有聚乙烯、聚乳酸和胶原等。1.1.2其他方面的应用因为HA的结构和它的性质，他还有一些特殊的功能，在我们刷牙用的牙膏里添加HA，就能有效的预防龋齿，去除牙齿污垢更显著。这一点利用的是它良好的吸附作用。由于它的蓬松的结构，我们还可以在HA的内部注入药物，患者在服用后，药物会缓慢的释放，达到长时间药物作用的效果，减少了患者服用药物频繁的麻烦。这一点利用的是HA的多孔结构。1.1.3纳米HA研究的特殊意义纳米HA比一般的HA有更好的性能，例如：比表面积相对较大、生物活性好、溶解度很高，吸附能力强等优点。不仅如此，纳米HA在抗癌、净化水、美容等诸多方面也有特异功效，因此它的制备和一些应用成为许多人奋斗的方向，具有重要的意义。1.2羟基磷灰石制备传统的方式之前，纳米羟基磷灰石的制备技术已经很完善了，不只是制出高纯与高化学计量比的纳米粉体，更是制出了不同的晶体形貌以满足不同的应用需要。制备的主要方式有化学沉4淀法、水热合成法、微波固相法、凝胶-溶胶法、微乳液法，爆炸法、自燃烧法这些。1.2.1水热合成法简介水热法的道理是在高温高压力下，将磷酸盐和钙盐在封闭的容器水溶液中作用合成颗粒较大的HA。这种方法的优点在于生成的产物为晶化，不需要烧结晶化，可以减少烧结过程中的聚团，所形成的粒度也是比较均匀的，形态相对比较规则。不同的水热反应条件，得到的晶体结构和晶体形态也是不相同的。1.2.2化学沉淀法简介这种方法的基本原理是将含有Ca和P的化合物制备成溶液混合进行反应，反应生成HA的沉淀。这主要是将含Ca和P的化合物按照一定的比例配置成溶液混合在一起发生反应，生成羟基磷灰石的沉淀。经常使用的磷酸盐有NaH2PO4、Na2HPO4、K2HPO4等，一般钙盐有CaC12、CaO、Ca（OH）2、Ca(OC2H5)2、Ca（NO3）2等。反应原理为：10Ca2++6PO43-+2OH-=Ca10(PO4)6(OH)21.2.3微波固相法简介固相反应是指在温度较高条件下通入水蒸气，通过扩散传质机制固相反应制备HA。以便用水蒸气的强介入来补给HA中所需要的OH-，利用扩散来补给Ca2+制备没有晶格缺陷、配比正常、参杂量一定、结晶程度较高的HA单晶体。因为是固相反应，所以此反应速度较慢，耗时较长，产生的产品粒径较大，导致需要将原料磨粉，制备活性差的缺点，但是使用了微波的辅助就克服了这些缺点，能够制备纳米级的羟基磷灰石。1.2.4凝胶-溶胶法简介此种是20世纪60年代发展起来的一种制备无机材料的新工艺方法。它的制备原理是将金属醇盐或者无机盐经过水解，再使溶质聚合胶化，然后将凝胶干燥、焙烧，最终得到无机物材料。以四水硝酸钙和磷酸三甲酯作为原料，用这种方法合成HA，在溶剂中加一定量的乙二醇，调节适当的pH值。由此方法得到的溶胶具有稳定、均一的性质，生成的干凝胶有低温燃烧的性质，燃烧的产物就是纳米级羟基磷灰石的粉末状晶体。1.2.5自燃烧法简介自燃烧法是以凝胶-溶胶法作为基础，将这两种方法结合起来，再利用硝酸盐的氧化性和还原性，在热诱导条件下自发发生氧化还原反应。这个实验便于操作，周期短，节约时间和资源，最突出的是反应物再合成过程中是处于均匀分散，将得到的凝胶加热成形，点燃让其烧成粉末，再将粉末在大于6000C的高温煅烧才能得到HA，但也不能太高，越高形成晶体的粒径就越大。2.实验过程2.1实验药品5磷酸二氢钠（NaH2PO4*2H2O1mol/L）无水氯化钙（CaCl21.67mol/L）无水乙醇(CH3CH2OH)尿素(N2H4CO)蒸馏水(H2O)2.2实验仪器表2-1实验仪器的名称、型号及厂家仪器名称型号生产厂家数控超声波清洗器KQ-250DE昆山市超声仪器有限公司低速离心机80-2常州国华电器有限公司电子天平YP202N上海菁海仪器有限公司电子分析天平FA2104B上海越平科学仪器有限公司恒温磁力搅拌器85-2金坛市杰瑞尔电器有限公司电热恒温鼓风干燥机DHG-924385上海新苗医疗器械制造有限公司傅立叶红外光谱仪X射线衍射仪DX2700丹东浩元玻璃仪器等配套用品移液枪（移液管）100mL容量瓶一只小烧杯若干锥颈瓶玻璃棒试管架烘箱一台50mL反应釜四个滴瓶一只带铁