均相沉淀法制备羟基磷灰石晶须及其台阶生长机理研究

论文摘要

以尿素为羟基缓冲剂,采用均相沉淀法,制备了羟基磷灰石（HAP）晶须。对HAP晶须生长过程研究表明:随着尿素在95℃水解产生OH-,溶液pH上升,当pH≈3. 34.3时,无水磷酸氢钙（DCPA）和磷酸八钙（OCP）产生。当pH>4.5时,DCPA开始分解出Ca2+和HPO42-等营养离子,此时HAP达到过饱和,在板片状OCP衬底上非均相成核并长大为短柱状晶体。整个过程结晶与营养离子的释放同步,体系的营养离子饱和比恒定不变,达到恒推动力体系。在恒推动力体系下,DCPA不断分解,OCP不断转化,柱状HAP不断长大成晶须,最终晶须长为20-100μm,直径约1-2μm,平均长径比为25。对HAP晶须生长机理研究表明:HAP晶须尖端的FETEM和AFM显示晶须生长方向与尖端露头生长方向一致,晶须头部的（001）面延伸是台阶状的,侧面的{100}面族可见明显的非Frank螺蜷的直线台阶生长纹。通过键合能大小比较和界面能计算,露头生长速度最快,同质扭折位置次之,异质扭折位置最慢,从而导致了HAP沿c轴一维线性生长成为晶须。不同生长层相应位置生长速度的异同决定了台阶的形成。为了研究压力对HAP形貌的影响,使用高压釜在起始压力分别为0.11MPa、0.5MPa、0.9MPa、1.1Mpa在95℃反应24 h制备了不同样品。使用XRD ,SEM和HRTEM技术对HAP晶体进行了表征。XRD分析指出压力的增加有助于提高产品的纯度,高压釜内部起始压力的改变对HAP晶面的生长有很大影响。压力对不同晶面生长的影响通过HRTEM分析得到证明。SEM图像可以看到随着高压釜内部压力从0.11MPa增加到0.5MPa、0.9MPa、1.1MPa,HAP晶体的形貌也从针状晶须长成长板状、六方柱状、薄片状。由传统的多面体结晶和生长基元模型得到a面和c面的生长速率公式。按照此公式,可以很好的解释压力对HAP形貌的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 晶须简介
• 1.1.1 晶须的分类
• 1.1.2 晶须研究的发展历史
• 1.1.3 晶须的形貌和性能
• 1.1.4 晶须在复合材料中的应用和作用机理
• 1.2 HAP 晶须
• 1.2.1 HAP 晶须简介
• 1.2.2 HAP 晶须的制备方法
• 1.3 本课题的研究任务
• 第2章 均相沉淀法制备HAP 晶须及其测试分析
• 2.1 反应试剂和反应装置
• 2.2 HAP 晶须的制备
• 2.3 HAP 晶须的定性研究
• 2.3.1 晶须的XRD 分析
• 2.3.2 晶须的红外光谱分析
• 2.3.3 SEM 形貌分析
• 2.3.4 晶须的透射电镜分析
• 2.4 本章小节
• 第3章 HAP 晶须的相转换过程及台阶生长理论
• 3.1 实验部分
• 3.2 HAP 晶须的相转换过程
• 3.3 HAP 晶须微观生长机理——台阶生长理论
• 3.3.1 几种主要的晶须生长机理
• 3.3.2 台阶生长理论
• 3.4 本章小结
• 第4章 压力对HAP 形貌的影响
• 4.1 实验部分
• 4.2 分析和讨论
• 4.3 压力对HAP 相貌影响的作用机理
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 附:作者在攻读硕士学位期间已发表和待发表的论文
• 致谢