反胶团—热液法合成羟基磷灰石纳米线及其机理研究

论文摘要

羟基磷灰石生物活性陶瓷具有良好的生物相容性,植入体内不仅安全无毒,还能引导骨生长。因此,它主要用于人体硬组织（骨、牙）的修复和替换,也用于人工血管、气管等软组织及药物控释和输送载体,还是一种优良的生物化学吸附剂。尽管羟基磷灰石陶瓷材料具有良好的生物相容性和生物活性,但是其抗弯强度低、脆性大,在生理环境中抗疲劳性不高,只能应用于不承重或者仅承受纯压力负荷的环境中。本实验的目的是为了制备出高长径比的羟基磷灰石纳米线,从而增加羟基磷灰石生物陶瓷材料的柔韧性和强度。实验用反胶团——热液法在高温高压的密闭反应釜中,以十六烷基三甲基溴化铵/环己烷/正戊醇/水溶液形成的反胶团溶液来控制羟基磷灰石纳米材料的生长形态,制备了宽度为4060nm、长度为23μm、平均长径比高达80的纳米线。EDS能谱研究表明,该羟基磷灰石的Ca/P为1.78,大于计量型HA的钙磷比（Ca/P=1.68）,是富钙型羟基磷灰石,同时电子衍射图、高分辨二维晶格像展示了该材料是结晶完好并且无晶格缺陷或位错的单晶体。论文的第三章探讨了不同的表面活性剂体系、Wo（体系中水的物质的量与表面活性剂的物质的量的比）、Po（正戊醇的物质的量与表面活性剂的物质的量的比）、反应温度、反应时间和pH值等工艺条件对产物的形态、结晶度和成分的影响。最终确定了最适宜制备高长径比羟基磷灰石纳米线的反应条件。论文在第四和第五章中分别讨论了在反胶团体系中合成羟基磷灰石纳米线的机理、反胶团对材料形态控制机理、反胶团-热液法的反应动力学、在反胶团中晶体的成核和生长机理。结合透射电镜和扫描电镜技术表征了纳米线的微观结构。利用傅立叶变换红外光谱分峰技术对反胶团的微观结构进行了研究;采用31P的核磁共振探讨了在水核中反应物离子与表面活性剂分子之间的相互作用;采用紫外可见光技术研究了水和正戊醇含量对反应体系的影响。利用时间分辨荧光技术以Ru（bpy）32+作为荧光探针确定了在不同Wo,Po值下荧光衰减的曲线方程,并且求出了反映局部受限的程度的参数S。结果表明:在CTAB/环己烷/正戊醇/反应物溶液体系中,当Wo=10,Po=3时,探针Ru（bpy）32+的运动完全受到限制。从而提出了在水核中纳米线的形成和反胶团对其控制形态的机理:组成反胶团的表面活性剂分子与反应物中的PO43-之间有着强烈的作用,正是这种作用导致形成了表面活性剂分子——无定形核的复合体,从而使得反胶团之间发生定向、不可逆的融合,保证了仅在一维方向上生成纳米线。水和正戊醇的含量变化会影响到反胶团的形态、尺寸以及表面活性剂分子与反应物离子之间的作用,从而对在其中

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米羟基磷灰石生物材料的研究
• 1.1.1 球形羟基磷灰石纳米材料
• 1.1.2 非球形羟基磷灰石纳米材料
• 1.1.3 羟基磷灰石纳米材料的增韧
• 1.1.4 羟基磷灰石纳米材料做为药物载体的应用
• 1.2 一维纳米材料的制备
• 1.2.1 常用方法的概述
• 1.2.2 分子自组装法
• 1.2.3 热液法制备纳米材料
• 1.3 论文的研究内容以及目的和意义
• 1.3.1 本研究的目的和意义
• 1.3.2 本研究的内容
• 第2章 实验方法、技术和工艺
• 2.1 前言
• 2.2 反胶团－热液法制备羟基磷灰石纳米线
• 2.2.1 实验所需仪器
• 2.2.2 化学试剂和原料
• 2.2.3 羟基磷灰石纳米线的制备
• 2.3 表征技术
• 2.3.1 X 射线衍射（XRD）
• 2.3.2 傅立叶变化红外光谱（FTIR）
• 2.3.3 紫外可见光分光光度计
• 2.3.4 磷谱核磁共振（31P-NMR）
• 2.3.5 透射电子显微镜（TEM）
• 2.3.6 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.7 高分辩透射电子显微镜（HRTEM）
• 2.3.8 能谱仪（EDS）
• 2.3.9 原子吸收光谱仪（AAS）
• 2.3.10 荧光光谱
• 2.3.11 偏光显微镜
• 2.3.12 比表面积分析仪
• 第3章 高长径比羟基磷灰石纳米线的制备及反应的影响因素
• 3.1 前言
• 3.2 不同反应体系对产物的影响
• 3.2.1 反胶团体系
• 3.2.2 正胶团体系
• 3.2.3 液晶体系
• 3.3 制备纳米线的反应温度和反应时间的确定
• 3.3.1 反应温度的影响
• 3.3.2 反应时间的变化
• 3.4 制备纳米线的反应中水和助表面活性剂量对产物的影响
• 3.4.1 Wo 变化对产物的影响
• 3.4.2 PO 变化对产物的影响
• 3.5 反应中PH 值对产物的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 高长径比羟基磷灰石纳米线的自组装机理以及反胶团对其形态控制机理的研究
• 4.1 前言
• 4.2 高长径比羟基磷灰石纳米线自组装生长机理的探讨
• 4.2.1 反胶团－热液法制备羟基磷灰石纳米线的形态和结构
• 4.2.2 羟基磷灰石纳米线在反胶团溶液中的成核及生长机理
• 4.2.3 羟基磷灰石纳米线在反胶团溶液中的成核及生长机理的理论证明
• 4.2.4 反胶团－热液法生长羟基磷灰石纳米线的工艺特点
• 4.3 反胶团溶液中水核的特性及其对晶体形态控制的机理
• 4.3.1 反胶团溶液中不同状态水分子的研究
• 4.3.2 反胶团中量子尺寸效应的研究
• 4.3.3 反胶团对羟基磷灰石纳米材料的形态控制机理
• 4.4 本章小结
• 第5章 制备高长径比羟基磷灰石纳米线动力学研究
• 5.1 前言
• 5.2 反胶团－热液法制备羟基磷灰石纳米线的反应动力学研究
• 5.2.1 反应动力学方程的确定
• 5.2.2 反应动力学的分析
• 5.3 反胶团溶液中成核动力学研究
• 5.3.1 反胶团结构参数的确定
• 5.3.2 水核中无定形核的组成
• 5.3.3 成核动力学研究
• 5.4 晶体生长形态动力学研究
• 5.4.1 晶体一维成长动力学方程
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读博士学位期间发表的学术论文目录
• 附录B 攻读博士学位期间参与研究的课题
• 致谢