柠檬酸盐对钛表面电化学沉积纳米羟基磷灰石涂层的影响

论文摘要

为了提高在钛表面电化学法制备羟基磷灰石(HA)涂层的结合强度和均匀性,本文参考在电镀过程中加入修饰剂提高镀层质量的方法,向电解液中加入柠檬酸盐作为修饰剂以期获得质量优良的HA涂层,并对此对做出理论分析并指导实际生产。电沉积HA涂层主要涉及两个相继的反应:一是阴极析氢;二是析氢导致钛电极附近pH升高,继而使溶液中钙磷离子达到过饱和而在阴极析出。本文就以柠檬酸根对此两步反应的影响为突破口。首先,侧重理论分析了柠檬酸根在钛电极表面吸附后对阴极析氢的影响:发现加入柠檬酸根后阴极析氢速率减小,生成的氢气泡体积小且在阴极表面分布均匀,有助于沉积电流均匀分布且减少气泡对涂层的冲刷。在第二步反应中,本文用分光光度计法测试涂层的重量变化,用SEM观察微观形貌发展,用电化学工作站记录电流曲线,并综合以上信息首次对含柠檬酸根涂层的沉积过程做出阶段性划分:吸附期、孕育期、爆发生长期、次层生长期和平衡期。对各阶段的晶体形貌变化和微观反应机理做出化学和热力学解释,并建立沉积模型。最后对沉积所得涂层进行物理和生物学性能表征(结合力,接触角,粗糙度,碱性磷酸酶活性)。结果表明加入柠檬酸根后所得涂层结合力,平滑度,生物相容性都有提高,证实电解液中加入柠檬酸盐能显著对提高HA涂层的综合性能。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 生物医用材料发展现状和趋势
• 1.1.1 医用金属材料
• 1.1.2 无机生物材料
• 1.1.3 医用高分子材料
• 1.2 硬组织修复材料
• 1.2.1 天然骨的结构与成分
• 1.2.2 铁和铁合金
• 1.2.3 经基磷灰石
• 1.3 现有经基磷灰石涂层的制备方法
• 1.3.1 等离子喷涂法
• 1.3.2 激光法
• 1.3.3 溶胶凝胶法
• 1.3.4 热化学反应法
• 1.3.5 仿生法
• 1.3.6 电泳沉积法
• 1.3.7 电沉积制备经基磷灰石涂层
• 1.4 电化学法制备经基磷灰石涂层的国内外工艺进展
• 1.5 本文的选题意义及研究内容
• 第二章 电沉积HA原理及工艺选择
• 2.1 电沉积HA涂层实验原理
• 2.2 实验过程及参数选择
• 2.3 实验材料与仪器
• 2.3.1 试剂
• 2.3.2 制备与表征仪器
• 第三章 柠檬酸纳对沉积电极的影响
• 3.1 柠檬酸钠电沉积络合修饰剂
• 3.1.1 柠檬酸钠的性质、制备和用途
• 3.1.2 柠檬盐在电镀中的应用
• 3.1.3 柠檬酸钠在不同pH值溶液中的存在形式
• 3.2 柠檬酸钠对电极的影响
• 3.2.1 柠檬酸根在铁电极的吸附
• 3.2.2 柠檬酸根对阴极析氢的影响
• 第四章 柠檬酸根对涂层沉积动力学和热力学影响
• 4.1 涂层物性鉴定
• 4.2 磷钼蓝分光光度计法
• 4.2.1 原理
• 4.2.2 仪器和试剂
• 4.2.3 波长选择
• 4.2.4 酸度选择
• 4.2.5 钼磷蓝稳定性实验
• 4.2.6 微量磷标准曲线绘制
• 4.3 涂层生长曲线绘制
• 4.4 含柠檬酸根电解液中沉积 HA动力学阶段划分
• 4.5 含柠檬酸根电解液中沉积经基磷灰石的热力学分析
• 4.5.1 PHREEQC软件介绍
• 4.5.2 柠檬酸根条件下电沉积产物热力学分析
• 第五章 含柠檬酸根电解液沉积涂层物理和生物学性能表征
• 5.1 涂层结合力测试
• 5.1.1 实验方法仪器及溶液配制
• 5.1.2 不同沉积时间所得涂层结合力
• 5.1.3 浸泡处理后的涂层结合力
• 5.2 涂层接触角测试
• 5.3 涂层粗糙度测试
• 5.4 涂层生物学性能评价
• 5.4.1 碱性磷酸酶（ALP）简介
• 5.4.2 实验方法
• 5.4.3 实验结果
• 结论
• 参考文献
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果