燃烧法合成ca5xm（znmg）x(po4)3(oh)及结构表征
摘 要本文以Ca(NO3)2·4H2O，NH4H2PO4，C6H7O8·H2O，NH4NO3为主要原料，采用自蔓延燃烧法制备出纯的HAP。在纯样的基础上掺杂不同比例的Zn(NO3)2·6H2O或Mg(NO3)2·6H2O，烧结不同温度，制备出Ca5-xM(Zn、Mg)x(PO4)3(OH)粉末。通过XRD，FTIR，SEM分析Zn2+/Mg2+的掺入对HAP形貌、六方结构以及结晶度的影响。结果表明：采用自蔓延燃烧法可以制备出高纯度、颗粒尺寸均匀、具有六方晶型的HAP和Zn-HAP。Zn2+/Mg2+替换部分Ca2+进入HAP中，随着Zn2+/Mg2+掺量的增加，Zn-HAP(Mg-HAP)结晶度降低，颗粒尺寸减小，热稳定性性能降低。当Zn2+/Mg2+的摩尔掺入量为0.25%，烧结温度为1000℃时，得到的Zn-HAP/Mg-HAP纯度最高，稳定性最好。
目 录
1.绪论 1
1.1 HAP概述 1
1.2 阳离子掺杂的HAP概述 2
1.3 阳离子掺杂的HAP研究进展 2
1.3.1 阳离子掺杂的HAP研究基础 2
1.3.2 阳离子掺杂的HAP现状和趋势 3
1.3.3 自蔓延燃烧法的合成机理 4
1.4 实验目的和意义 5
2.实验部分 6
2.1 实验药品及仪器 6
2.2 掺杂Zn2+/Mg2+的HAP实验方法及步骤 7
2.2.1 纯样HAP的制备 7
2.2.2 Ca5xM(Zn、Mg)x(PO4)3(OH)的制备 7
2.2.3 系列样品的烧结 7
2.2.3 系列样品的表征 8
3.结果与讨论 9
3.1 不同烧结温度不同比例阳离子掺杂所得HAP的XRD表征 9
3.1.1 Zn2+掺杂的不同烧结温度的HAP的XRD表征 9
3.1.2 Mg2+掺杂的不同烧结温度的HAP的XRD表征 15
3.2 固定掺杂比为0.25%不同烧结温度所得HAP的XRD表征 2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
1
3.2.1 Zn2+掺杂量为0.25%的不同烧结温度的HAP的XRD表征 21
3.2.2 Mg2+掺杂量0.25%的不同烧结温度的HAP的XRD表征 22
3.3 固定掺杂比为0.25%不同烧结温度所得HAP的FTIR表征 23
3.3.1 Zn2+掺杂量0.25%的不同烧结温度的HAP的FTIR表征 23
3.3.2 Mg2+掺杂量为0.25%的不同烧结温度的HAP的FTIR表征 24
3.4 HAP的SEM表征 25
3.4.1 Zn2+掺杂量为0.25%烧结温度1000℃HAP的SEM表征 25
3.4.2 Mg2+掺杂量为0.25%烧结温度1000℃HAP的SEM表征 26
4.结论 27
参考文献 28
致谢 30
1. 绪论
1.1 HAP概述
羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HAP)是人体的骨骼和牙齿的最主要的无机组成成份，由于HAP具有良好的生物活性和骨传导性[1]，HAP被植入人体内后，Ca2+和P3+会游离出HAP的表面，从而被身体组织吸收，并生长出新的组织。有研究发现HAP的晶粒越细，它的生物活性越高。HAP的晶系为六方晶系，它的比重为3.08，摩氏硬度为5。纯样HAP粉末为白色，但是天然的HAP会略微夹杂着棕色、黄色或者绿色[2]。HAP也可以用人工的方式合成，并且HAP被广泛应用于骨组织修复。
从上图1中我们不难看出HAP的晶体结构为六方结构，并且HAP与C轴的垂直的面为六边形，晶胞含有10个Ca2+、6个PO43–和2个OH–，如图1所示，10个Ca2+占据了其中的两种位置，这样的连接方式便形成了平行于C轴的较大通道，附加的OH–则与它上下两层中的6个Ca2+连接，这种Ca2+的配位数是7。如图2所示，HAP的重要晶形有：六方双锥x{1011}，s{1121}，u{2131}和六方柱m{1010}，h{1120}以及及平行的双面c{0001}[3]。
1.2 阳离子掺杂的HAP概述
在这里我们说到Zn2+，Zn2+作为人体必须的微量元素之一，它在维持人体正常所需的营养物质的代谢和生长发育以及生物膜的稳定性方面都起到了十分重要的作用[4]，而且Zn2+作为日常生活中最常见的生物活性酶的辅基，Zn2+也参与了机体大部分酶的代谢活动。人体的骨骼组织和牙齿组织中也含有微量的Zn2+。在生物相容性方面Zn2+起到了至关重要的作用[5]。因此Zn2+的掺杂对HAP的性能起到了极其重要的作用。因为Zn2+为阳离子，所以ZnHAP分子式为Ca5xZnx(PO4)3(OH)。Zn2+对于骨骼来讲，具有促进骨的矿化作用和加快骨损伤修复的重要作用，Zn2+对于成骨细胞而言具有明显的促进作用，但是对破骨细胞来说Zn2+却有一定的抑制作用[6]。为了提高HAP结构的稳定性，Zn2+的掺杂会对HAP的促进骨骼的生长和骨骼的修复方面将会起到很重要的作用，而ZnHAP将会成为新一代的骨骼的替换的原料[710]。
1.3 阳离子掺杂的HAP研究进展
1.3.1 阳离子掺杂的HAP研究基础
随着人们的生活水平的提高，生活习惯的改变，人们的牙齿骨骼也非常容易发生变化，牙齿容易形成龋齿，骨骼脆化问题也会越来越严重[1115]，含有阳离子掺杂的HAP可以提高抗菌性能以及可以促进细胞增殖性能。基于以上考虑，本文以Zn2+、Mg2+作为掺杂的阳离子从而制备出的ZnHAP、MgHAP材料，并对其结构进行表征，研究它们的表观结构性能。
1.3.2 阳离子掺杂的HAP现状和趋势
目前，关于阳离子掺杂的HAP的研究有很多，不同的掺杂的阳离子(如Zn2+ 、Mg 2+、Si2+、Ag+和Sr2+等)会对HAP的生物性能和微观结构产生一定的影响[1620]。
近年来，ZnHAP的制备和研究得到了广泛的关注并取得了一定成果。低成本，高性能的阳离子掺杂的HAP仿人骨制备纳米级材料是近些年来研究学者们研究的热点[21]。随着纳米技术和生物技术的进步，国内外学者制备了一系列新型的阳离子掺杂的HAP骨组织工程支架材料。为了更好地认识阳离子掺杂的HAP骨组织工程支架材料的优点和指导制备新型的阳离子掺杂的HAP骨组织工程支架材料，综述了近年来阳离子掺杂的HAP骨组织工程支架材料研究进展，着重介绍了Zn2+、Mg2+掺杂HAP的制备方法、表观形貌以及晶体结构。[22]
目前，如何实现对阳离子掺杂的HAP粒子半径及表观形貌的控制的制备是今后的研究的重点。李明欧等人以Ca(NO3)2?4H2O[四水合硝酸钙]、P2O5[五氧化二磷]和Zn(NO3)2?6H2O[六水合硝酸锌]的乙醇溶液为原料，用溶胶凝胶法合成了ZnHAP粉体。通过XRD(X射线衍射)，FTIR(傅里叶变换红外光谱)的图谱的分析表明，Zn2+已经部分取代Ca2+而进入了HAP的晶格，但是由于Zn2+半径比Ca2+半径小很多，因此由于Zn2+的进入使得HAP的颗粒半径以及结晶度下降[23]。
目 录
1.绪论 1
1.1 HAP概述 1
1.2 阳离子掺杂的HAP概述 2
1.3 阳离子掺杂的HAP研究进展 2
1.3.1 阳离子掺杂的HAP研究基础 2
1.3.2 阳离子掺杂的HAP现状和趋势 3
1.3.3 自蔓延燃烧法的合成机理 4
1.4 实验目的和意义 5
2.实验部分 6
2.1 实验药品及仪器 6
2.2 掺杂Zn2+/Mg2+的HAP实验方法及步骤 7
2.2.1 纯样HAP的制备 7
2.2.2 Ca5xM(Zn、Mg)x(PO4)3(OH)的制备 7
2.2.3 系列样品的烧结 7
2.2.3 系列样品的表征 8
3.结果与讨论 9
3.1 不同烧结温度不同比例阳离子掺杂所得HAP的XRD表征 9
3.1.1 Zn2+掺杂的不同烧结温度的HAP的XRD表征 9
3.1.2 Mg2+掺杂的不同烧结温度的HAP的XRD表征 15
3.2 固定掺杂比为0.25%不同烧结温度所得HAP的XRD表征 2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
1
3.2.1 Zn2+掺杂量为0.25%的不同烧结温度的HAP的XRD表征 21
3.2.2 Mg2+掺杂量0.25%的不同烧结温度的HAP的XRD表征 22
3.3 固定掺杂比为0.25%不同烧结温度所得HAP的FTIR表征 23
3.3.1 Zn2+掺杂量0.25%的不同烧结温度的HAP的FTIR表征 23
3.3.2 Mg2+掺杂量为0.25%的不同烧结温度的HAP的FTIR表征 24
3.4 HAP的SEM表征 25
3.4.1 Zn2+掺杂量为0.25%烧结温度1000℃HAP的SEM表征 25
3.4.2 Mg2+掺杂量为0.25%烧结温度1000℃HAP的SEM表征 26
4.结论 27
参考文献 28
致谢 30
1. 绪论
1.1 HAP概述
羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HAP)是人体的骨骼和牙齿的最主要的无机组成成份，由于HAP具有良好的生物活性和骨传导性[1]，HAP被植入人体内后，Ca2+和P3+会游离出HAP的表面，从而被身体组织吸收，并生长出新的组织。有研究发现HAP的晶粒越细，它的生物活性越高。HAP的晶系为六方晶系，它的比重为3.08，摩氏硬度为5。纯样HAP粉末为白色，但是天然的HAP会略微夹杂着棕色、黄色或者绿色[2]。HAP也可以用人工的方式合成，并且HAP被广泛应用于骨组织修复。
从上图1中我们不难看出HAP的晶体结构为六方结构，并且HAP与C轴的垂直的面为六边形，晶胞含有10个Ca2+、6个PO43–和2个OH–，如图1所示，10个Ca2+占据了其中的两种位置，这样的连接方式便形成了平行于C轴的较大通道，附加的OH–则与它上下两层中的6个Ca2+连接，这种Ca2+的配位数是7。如图2所示，HAP的重要晶形有：六方双锥x{1011}，s{1121}，u{2131}和六方柱m{1010}，h{1120}以及及平行的双面c{0001}[3]。
1.2 阳离子掺杂的HAP概述
在这里我们说到Zn2+，Zn2+作为人体必须的微量元素之一，它在维持人体正常所需的营养物质的代谢和生长发育以及生物膜的稳定性方面都起到了十分重要的作用[4]，而且Zn2+作为日常生活中最常见的生物活性酶的辅基，Zn2+也参与了机体大部分酶的代谢活动。人体的骨骼组织和牙齿组织中也含有微量的Zn2+。在生物相容性方面Zn2+起到了至关重要的作用[5]。因此Zn2+的掺杂对HAP的性能起到了极其重要的作用。因为Zn2+为阳离子，所以ZnHAP分子式为Ca5xZnx(PO4)3(OH)。Zn2+对于骨骼来讲，具有促进骨的矿化作用和加快骨损伤修复的重要作用，Zn2+对于成骨细胞而言具有明显的促进作用，但是对破骨细胞来说Zn2+却有一定的抑制作用[6]。为了提高HAP结构的稳定性，Zn2+的掺杂会对HAP的促进骨骼的生长和骨骼的修复方面将会起到很重要的作用，而ZnHAP将会成为新一代的骨骼的替换的原料[710]。
1.3 阳离子掺杂的HAP研究进展
1.3.1 阳离子掺杂的HAP研究基础
随着人们的生活水平的提高，生活习惯的改变，人们的牙齿骨骼也非常容易发生变化，牙齿容易形成龋齿，骨骼脆化问题也会越来越严重[1115]，含有阳离子掺杂的HAP可以提高抗菌性能以及可以促进细胞增殖性能。基于以上考虑，本文以Zn2+、Mg2+作为掺杂的阳离子从而制备出的ZnHAP、MgHAP材料，并对其结构进行表征，研究它们的表观结构性能。
1.3.2 阳离子掺杂的HAP现状和趋势
目前，关于阳离子掺杂的HAP的研究有很多，不同的掺杂的阳离子(如Zn2+ 、Mg 2+、Si2+、Ag+和Sr2+等)会对HAP的生物性能和微观结构产生一定的影响[1620]。
近年来，ZnHAP的制备和研究得到了广泛的关注并取得了一定成果。低成本，高性能的阳离子掺杂的HAP仿人骨制备纳米级材料是近些年来研究学者们研究的热点[21]。随着纳米技术和生物技术的进步，国内外学者制备了一系列新型的阳离子掺杂的HAP骨组织工程支架材料。为了更好地认识阳离子掺杂的HAP骨组织工程支架材料的优点和指导制备新型的阳离子掺杂的HAP骨组织工程支架材料，综述了近年来阳离子掺杂的HAP骨组织工程支架材料研究进展，着重介绍了Zn2+、Mg2+掺杂HAP的制备方法、表观形貌以及晶体结构。[22]
目前，如何实现对阳离子掺杂的HAP粒子半径及表观形貌的控制的制备是今后的研究的重点。李明欧等人以Ca(NO3)2?4H2O[四水合硝酸钙]、P2O5[五氧化二磷]和Zn(NO3)2?6H2O[六水合硝酸锌]的乙醇溶液为原料，用溶胶凝胶法合成了ZnHAP粉体。通过XRD(X射线衍射)，FTIR(傅里叶变换红外光谱)的图谱的分析表明，Zn2+已经部分取代Ca2+而进入了HAP的晶格，但是由于Zn2+半径比Ca2+半径小很多，因此由于Zn2+的进入使得HAP的颗粒半径以及结晶度下降[23]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/yyhx/712.html
