骨组织工程镁基支架的制备研究进展

骨组织工程为受损骨、病变骨的治疗提供了重要的途径。如何获得易于骨修复、高强度且具有良好生物相容性的支架,是当前骨组织工程支架应用的技术难点和研究热点之一。支架材料的种类及制备方法是影响骨组织工程结构及性能的主要因素。镁基合金因在生物相容性、降解行为等方面具有突出表现而受到了普遍的关注,被认为是一种前景广阔的骨组织工程支架材料。常见的骨组织工程镁基支架制备方法有熔体发泡法、渗流铸造法、固/气共晶定向凝固法和增材制造法等,然而现有制备方法在孔隙结构精细控制及造孔残留物对镁基支架生物相容性的影响等方面仍需进一步研究。本文综述了骨组织工程镁基支架的制备方法,分析了影响镁基支架孔隙结构和性能的因素,总结了每种制备方法的优缺点,并对未来的研究方向进行了展望。

碳材料在镁基固态储氢领域中的应用进展

镁基储氢材料因其理论储氢密度高(MgH_(2),7.6%(质量分数))、来源广、成本低的特点,被认为是最具应用前景的固态储氢材料之一。但MgH_(2)的放氢焓值高(75 kJ/mol)、放氢温度高(>380℃),造成其动力学和热力学性能差,限制了在固态储氢领域的应用和发展。近年来,碳材料因结构多样化、可调控性强、比表面积大、力学性能高和电子传输能力强等优势,在镁基储氢材料的掺杂改性、纳米限域等方面应用广泛,可以有效改善吸放氢温度、循环性能和吸放氢活化能等性能指标,并取得了大量成果。本文主要针对碳材料在镁基储氢材料中的研究现状,归纳了碳材料的合成和改性方法,重点阐述了不同维度碳材料在镁基储氢领域的应用进展,并展望了未来的发展方向。

改性镁基水滑石制备及其对金黄色葡萄球菌的活性抑制研究

利用成核晶化法制备了镁基水滑石(MAL),天门冬氨酸(ASP)负载水滑石(MALA)及ASP、Ag^(+)共同负载的水滑石(MALAA),通过X射线衍射和透射电子显微镜等手段对其结构和形貌进行表征,ASP和Ag+均成功负载到MAL上且形貌发生变化.采用菌落计数法测试质量浓度对不同材料抑制金黄色葡萄球菌(S.aureus)生长的影响,结果表明,当质量浓度为4 mg·mL^(−1)时,MAL对S.aureus的抑制率仅为5.8%,而MALAA的抑菌率达到99.7%.通过电感耦合等离子体和紫外可见分光光度计等技术分析改性镁基水滑石的抑菌机制.改性镁基水滑石MALA通过改变其形貌、增大与细菌的接触面积并利用静电作用吸附在带负电的S.aureus上.Ag^(+)的引入进一步增加二者的电势差,促进S.aureus细胞膜破裂,细菌细胞膜的完整性下降,导致细胞外的金属离子(K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+))含量、蛋白质含量均有显著提升,MALAA具有更好的抑菌效果.该类材料有望应用于对微生物安全要求较高的食品、化妆品等包装领域.

生物可降解镁基材料在颅颌面外科的应用及其研究进展

作为一种新型骨植入材料,生物可降解镁基材料在颅颌面外科显示出广阔的应用前景。与传统骨植入材料相比,镁具有良好的降解特性、生物相容性、力学特性和成骨特性,其降解产物镁离子具有抗凋亡、抗炎的作用,能够促进骨折和骨缺损部位的愈合。多项研究将生物可降解镁基材料应用于颅颌面部骨内固定、引导骨再生技术、骨替代材料、药物负载、种植体表面涂层等领域,其结果显示该类材料能够为骨愈合提供稳定的支持,并发挥出良好的促进成骨作用。此外,镁在口腔其他领域,如牙组织工程、促进软组织愈合等方面也表现出应用潜能,显示出生物可降解镁基材料具有重要的研究价值。

镁基复合材料及其制备工艺研究现状与展望

镁及镁合金是当前最轻的金属结构材料,但由于强度、耐磨性以及耐高温能力不足,限制了其在工程领域的广泛应用。镁基复合材料是目前提高镁合金力学性能并实现工业化的重要途径之一,它在保留镁合金优点的同时可以克服上述缺点。本文根据镁基复合材料在制备过程中常见的增强相按其形式进行分类,阐述了其各自的增强机制,同时结合制备工艺与模拟研究,介绍了镁基复合材料研究现状,并对其未来发展趋势和研究方向进行了展望。

Ti颗粒表面包覆处理对镁基复合材料界面及力学性能的影响

以AZ91D作为基体,Ti颗粒和利用电爆沉积法在Ti颗粒表面包覆Al的Al-Ti颗粒作为增强颗粒,使用搅拌铸造工艺分别制备了Ti_(p)/AZ91D和(Al-Ti)_(p)/AZ91D两种复合材料。使用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料中Ti颗粒分布的均匀性进行了观察,并进一步的对增强体与基体间的界面进行了分析。通过拉伸试验,考察了复合材料的屈服强度、抗拉强度及伸长率等力学性能指标,并对断口进行了分析。由于表面包覆后的Al-Ti颗粒能够提供更好的界面结合,因此与Ti_(p)/AZ91D复合材料相比(Al-Ti)_(p)/AZ91D复合材料具有更高的力学性能。

新型镁基固态氢存储材料通过鉴定

由上海铼恩氢能科技有限公司研发的纳米碳镁基固态氢存储材料,是一种在低压(储氢压力为0.3~0.7 MPa)、常温下储存固态氢的材料,具有安全性高、高容量优势。该产品为可逆固态储氢纳米碳镁基金属复合材料,应用超微颗粒制造技术,基于金属材料粒子与氢粒子的电子交互跃迁原理,使氢分子成为固态氢粒子,大幅缩小氢分子的体积,储氢体积密度达到116 kg H_(2)/m^(3)(水容积)。

“镁基复合材料”专题序言

镁基复合材料在秉承镁合金优点的同时,能够弥补其弹性模量低、热膨胀系数高、耐磨性差等不足,适用于较为苛刻的极端环境,是航空航天、国防军工、武器装备等领域不可缺少的关键材料,其发展和应用的广度已成为国家科技水平的重要标志之一。镁基复合材料是由镁基体和不同性质的增强体复合而成,基于组元间的协同效应,赋予其优异的强度和弹性模量、低的热膨胀系数和良好的导热性能等。

不锈钢熔模铸造用镁基陶瓷型芯的研究

以氧化镁为主要原料,CaCO_(3)为矿化剂,添加木粉为造孔剂,采用压制成型工艺制备了不锈钢熔模铸造用陶瓷型芯。在氧化镁原料中加入CaCO_(3)矿化剂能促进陶瓷型芯的烧结,但加入量过多时,型芯的抗弯强度下降明显,而溶解溃散性的改善并不显著。加入5%CaCO_(3)矿化剂时,型芯具有较佳的综合性能。在此基础上,分别加入1%、3%和5%的木粉制备陶瓷型芯,随木粉加入量的增加,型芯的气孔率和溶解溃散性能明显提高,但也明显降低了型芯的抗弯强度。当木粉含量为5%时,型芯在醋酸溶液中溶解10 h的质量损失率达到70.12%,比未加木粉时提高了近40%,但抗弯强度下降了78%。采用添加木粉制备的陶瓷型芯浇注不锈钢试样,用浓度40%,温度80℃的醋酸溶液溶解去除型芯,添加5%木粉的型芯溶失最快,溶失速率为0.78 mm/h。本研究中型芯的溶解去除,醋酸溶液都是处于静止状态的,在实际应用中可以考虑采用搅动等方法增加溶液中的对流,促进型芯的溶解溃散。

镁基储氢材料的研究进展

对近几十年来镁基储氢材料的研究历史做了简单的回顾 ,并对镁基储氢材料进行了合理的分类 ,将其分为镁基合金材料体系和镁基复合材料体系 ;分别对合金材料和复合材料的储氢性能进行了系统的阐述 ,指出现有的技术手段已经能够制备具有优异充放氢性能的镁基储氢材料。对镁基储氢材料的应用现状进行了综述 ,总结了现有的镁基储氢材料储氢器以及镁基储氢材料电化学性能的研究现状 。

热处理对搅拌铸造Ti_(p)/AZ91 D镁基复合材料组织与力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射和显微硬度及室温拉伸力学性能测试等方法,分析研究了固溶、时效热处理对搅拌铸造Ti_(p)/AZ91D复合材料(体积分数4.0%,平均粒径6.5μm)的微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,400℃固溶热处理时,Tip/AZ91D复合材料的固溶时间为2 h,比基体AZ91D合金缩短8 h,原因是复合材料组织中的共晶β-Mg17Al12相比基体合金中的较细小、弥散,更快溶解进入α-Mg基体相。在168℃时效热处理时,复合材料中的Ti颗粒界面促进β相析出,使其峰值时效时间只需16 h,比基体合金缩短一半。经过固溶时效热处理后,复合材料的屈服强度和抗拉强度分别达到150 MPa和217 MPa,比基体合金均有所提高。

镁基复合材料界面调控研究进展

界面是影响镁基复合材料综合性能的关键因素,如何进行界面调控一直是镁基复合材料的研究热点。本文围绕镁基复合材料三种界面结构类型(共格界面、半共格界面和非共格界面),针对影响界面性能的两个关键问题(界面润湿性和界面反应),综述了界面优化方案的研究进展,提出了实现良好界面结合的界面结构设计与调控准则:良好润湿性与轻微界面反应。针对镁基复合材料的界面性能提升,可以考虑添加稀土元素,起到净化界面、改善润湿性的作用;根据工程需要选择基体和增强体,得到某方面性能优异的复合材料;开发新的增强体表面涂层,充分提高界面结合能力;通过第一性原理等计算模拟方法,深入探究界面结构与界面性能之间的关系。

镁基储氢材料改性研究进展

氢气的高效安全储运是发展氢能源经济迫切需要解决的问题。金属镁在地壳中含量丰富,其氢化物(MgH_(2))分子含氢量达7.6%,是含氢量最高的、可循环吸放氢的简单金属氢化物,体积储氢密度(110 kg/m^(3))高于液态氢,作为固体储氢介质一直备受关注。然而,MgH_(2)的热力学性质稳定,氢化反应焓变为-75 kJ/mol H_(2),0.1 MPa平衡分压温度在300℃左右,远高于质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)实际工作温度。近几十年来,为了改善MgH_(2)的吸放氢性能,各国研究人员进行了大量研究工作,在提高镁基材料储氢性能上取得了巨大进步,特别是材料的纳米结构化产生的尺寸效应使镁基材料储氢性能已趋于实用化要求。首先介绍镁基固体储氢材料特性,然后分类介绍提高储氢性能的原理、效果和存在的问题以及发展趋势。

用于软骨下骨修复的镁基支架

骨关节炎(osteoarthritis,OA)作为一种可以导致残疾的退行性疾病,常累及软骨下骨。受损的关节软骨和软骨下骨很难自愈,用于功能修复的组织工程支架是一种有前途的治疗方法。近年来,镁合金因其良好的机械和生物学性能被视为可降解多孔支架有希望的候选者。然而,目前对于适用于软骨下骨缺损修复的镁基支架的结构设计和优化方案还没有定论。归纳了镁合金用于骨软骨支架的研究进展,包括多孔支架的制造方法;添加合金元素和表面改性的优化策略;参数化与非参数化的结构设计;镁基支架的机械、降解和生物学性能及其影响因素。讨论了未来研究的潜在方向。旨在为多孔镁基支架的开发和临床应用提供参考。

镁基复合材料的强韧化研究进展

镁基复合材料具有密度低、比强度和比模量高、热稳定性好等优点,在航空、航天以及汽车工业领域具有广泛的应用前景。然而,镁基复合材料在强度提高的同时往往伴随着塑性的降低,而且其室温断裂伸长率通常低于5%,这严重制约了该材料的工业推广与应用。而现有的镁基复合材料制备技术及强塑性理论不完善是目前导致其强塑性难以同时提高的主要原因。因此,发展高强韧镁基复合材料制备技术、完善镁基复合材料强塑性机理、突破镁基复合材料的性能瓶颈成为其发展方向。基于此,本文总结了目前镁基复合材料常用的基体与增强体、主要的制备技术、力学性能的研究现状以及相应的强韧化机理,提出了镁基复合材料强塑性调控的方法,并展望了未来发展趋势。

镁基水滑石材料在重金属污染修复领域的应用进展

由于人类活动和自然原因,重金属污染已经成为一个全球性问题。吸附法是一种极具可操作性和规模化推广的修复技术,因此,开发具有高选择性、高吸附量的吸附剂迫在眉睫。类水滑石是一类典型的阴离子插层材料,因其层板组成可调、层间阴离子可交换、结构记忆效应等特点已经在重金属污染治理领域得到了广泛关注。概述了盐湖镁资源高值化转化制备镁基水滑石材料并用于重金属污染治理方面的工作,介绍了镁基水滑石在重金属污染耕地原位修复方面的应用进展,讨论了超稳矿化过程中存在的问题并提出了建议,最后对镁基水滑石的应用前景进行了展望。

镁基储氢材料水解制氢研究进展

化石能源的广泛使用使得地球上出现了严重的温室效应和空气污染,且化石能源的储量也逐步下降,造成的能源危机日益严重。为了应对这些挑战,人们开始着力寻找清洁无污染的高效可再生能源。氢能因具有超高的燃烧热及零排放的特点而被认为是最理想的清洁能源。镁基储氢材料因具有高的质量储氢密度,且因镁的地壳含量高、成本低等优点而备受关注。镁基储氢材料水解可以产生高纯度的氢,而且副产物对环境无污染,因此被认为是最有应用前景的制氢方式之一。纯Mg和MgH_(2)水解可以分别产生6.4%和3.4%(质量分数)的H_(2),但镁基储氢材料水解反应产生难溶于水的Mg(OH)_(2),导致其反应动力学缓慢。近年来,通过将金属、金属氢化物与镁基储氢材料进行复合或者在水解反应时添加酸和无机盐等手段有效提高了氢产率和反应动力学性能。综述了镁基储氢材料水解制氢的最新研究进展,并对其未来的发展提出了展望。

ZnO纳米晶须的添加对镁基复合材料耐腐蚀性能影响的实验设计

将ZnO纳米晶须作为增强相添加至纯镁中,制备出不同ZnO纳米晶须含量的镁基复合材料,探究了ZnO纳米晶须的添加量变化对镁合金的微观组织和耐腐蚀性能的影响。采用电子扫描电镜对所得复合材料的微观组织进行分析,通过浸泡、失重、析氢以及电化学实验对材料的耐腐蚀性能进行测试。实验结果表明,含0.5%(质量百分数)ZnO纳米晶须的镁合金耐腐蚀性能最好,主要因为其晶粒尺寸细小均匀,且晶须增强相和第二相在基体中分布均匀,形成的腐蚀产物膜不易脱落,对基体起到了较好的保护作用。

镁及镁基中间合金的熔盐电解制备技术全球专利态势与我国布局方向对策研究

本文从熔盐电解法制备金属镁及镁基中间合金相关专利在国内外申请的时间态势、国家(地区)分布、主要申请人分布、技术构成以及区域分布等进行分析。通过本研究发现,2005年之前,美国、日本、加拿大等国家申请人在该领域专利较多;2005年之后,中国申请人在该领域专利申请数量上占绝对优势,但是能够申请国际专利的技术较少,在专利质量上和核心技术上与国外申请人有着一定的差距,国内申请人还存在较大的提升空间。目前中国申请人主要集中在科研院所和高校,技术向产业化转移的程度还比较低,在该领域应加强与企业的交流合作,以促进专利成果的转化。

镁基储氢材料的性能及研究进展

镁基储氢材料具有储氢容量高、价格低廉、在自然界中镁资源丰富等优点,被认为是最具有发展前景的一类固态储氢材料。由于MgH_(2)稳定性好且放氢焓值高(75kJ/mol H_(2)),氢分子在Mg表面解离能高及氢原子在镁晶格中扩散速率慢,导致吸放氢热力学稳定、动力学缓慢,从而限制了其在储氢方面的应用。对于镁基储氢材料性能的改善,目前已经取得了许多研究成果。本文综述了国内外镁基储氢材料的研究报道,归纳了镁基储氢材料的改性方法,重点阐述了合金化、纳米化和添加催化剂对于优化和改善热力学和动力学性能以及吸放氢机理的影响。最后对该领域的研究成果和发展前景进行了总结和展望,基于现有分析认为,在未来的研究中可以综合运用添加催化剂和纳米化改性双重机制对MgH_(2)体系热力学性能进行调控,以获得具有高容量、高性能的Mg/MgH_(2)储氢体系,满足商业化应用的要求。