超声辅助湿法合成纳米HA及MWNT/HA复合材料

以Ca(NO3)2·4H2O、(NH4)2HPO4和NH3·H2O为原料,在超声波辅助下,湿法合成了羟基磷灰石,用FTIR、XRD和TEM对产物进行了分析,结果表明:合成的羟基磷灰石为纳米级纺缍状晶体,不用烧结即具有较高晶化度,且为单一的羟基磷灰石晶相。以此制备条件为基础,采用原位合成的方法制备了多壁碳纳米管/羟基磷灰石复合材料,FTIR、XRD和TEM的分析结果表明:碳纳米管能较好的分散于羟基磷灰石基体中,部分碳纳米管表面可被反应生成的羟基磷灰石所包覆,二者之间有着较好的相容性,可作为一种新型的生物复合材料应用。

PLA/MWNTs/HA复合材料的制备和性能研究

采用超声辅助原位湿法合成多壁碳纳米管/羟基磷灰石纳米复合材料(MWNTs/HA),并通过溶液浇铸法制备了PLA/MWNTs/HA复合材料薄膜。考察了 MWNTs/HA纳米粒子含量对复合膜性能的影响,并通过力学性能、SEM、FTIR、以及DMTA对复合膜性能进行了表征,结果表明:随着纳米粒子质量分数的增加,复合膜的拉伸强度呈下降趋势;拉伸模量和储能模量呈现先下降后上升的趋势;玻璃化转变温度则呈现不断上升趋势。

纳米HA/PA6复合材料的体外生物活性

研究了PA6和纳米HA/PA6复合材料在模拟体液(SBF)中的行为变化,用IR,XRD,SEM和EDS等手段对材料的表面变化进行了分析,讨论了PA6和纳米HA/PA6复合材料的稳定性、亲水性和生物活性。结果表明:在SBF中PA6的吸水率大概在6%左右,纳米HA/PA6复合材料的吸水率有少量下降,PA6和纳米HA/PA6复合材料出现一定的溶解和降解。在SBF中,PA6表面形成Ca,P化合物中的Ca/P比例为1.12,与HA的理论值1.67有一定的差别;HA/PA6复合材料在其表面形成了HA沉积物和碳酸取代的磷灰石沉积物,Ca/P逐步变化为1.67,表现出较好的生物活性。复合材料表面沉积的HA和原来合成的HA具有相近的结晶形貌,该复合材料可作为优良的骨修复填充材料和组织工程支架材料。

PEEK-HA-CF复合材料的力学性能和体外生物活性

制备PEEK-HA-CF复合材料,研究了引入CF对其力学性能和体外生物活性的影响.结果表明,CF的引入显著提高了PEEK-HA-CF的强度和模量,且其强度和模量在一定范围内具有更大的可设计性,能够在较宽的范围内满足与人体承力骨力学性能的良好匹配;PEEK-HA-CF复合材料具有良好的生物活性.

多孔n-HA／PA-6复合材料的制备及性能

采用注塑方法制备了多孔纳米磷灰石／聚酰胺-6（n—HA／PA-6）复合材料，采用SEM、XRD、IR、力学性能测试考察了多孔材料的性能。结果发现：多孔纳米磷灰石／聚酰胺-6复合材料的孔隙分布均匀，贯通性良好，孔的尺寸约为100～700μm，平均孔径约300～500μm，大孔壁上有丰富的微孔；所得多孔复合材料的孔隙率可控，总孔隙率最高可达88．6％；多孔材料的总孔隙率降低，则开孔率随之降低；多孔纳米磷灰石／聚酰胺-6复合材料的抗压强度为1．1～15．6MPa，压缩模量为0．4～1．4GPa；在总孔隙率相近的条件下，多孔材料的抗压强度随n—HA质量分数增加而升高；发泡剂和发泡过程对组成纳米磷灰石／聚酰胺-6复合材料的两组元材料的性质和结构无影响。这种多孔材料可望作为人体非承重部位的植入骨修复体和组织工程支架使用。

表面复合改性碳纤维增强HA复合材料

采用溶胶-凝胶技术在低温氧化处理后碳纤维表面涂覆HA涂层,获得复合改性碳纤维增强HA复合材料。研究并测试了碳纤维的改性工艺、改性后碳纤维表面的微观形貌以及不同碳纤维含量下复合材料的抗弯强度和断裂韧性。结果表明,在400℃氧化30 min的碳纤维表面具有较高的活性和较大的比表面积,在HA溶胶中提拉5次后碳纤维表面形成一层与基体结合性能较好的膜层。复合改性碳纤维可显著提高HA材料的力学性能,当碳纤维含量为3%时,复合改性碳纤维/HA复合材料的抗弯强度达到最大值79.8 MPa,比基体提高了3.2倍。当碳纤维含量为4%时,复合改性碳纤维/HA复合材料的断裂韧度达到最大值1.85 MPa·m1/2,比基体提高了2.3倍。

HA/PDLLA复合材料体内引导成骨过程的组织学研究

为获得羟基磷灰石(HA)/外消旋聚乳酸(PDLLA)复合材料体内引导成骨的实验依据,采用HA/PDLLA复合材料和纯PDLLA材料对照组进行骨内植入实验,通过X线和组织学观察,从组织学角度研究了HA/PDLLA复合材料在体内引导成骨的过程和实际愈合效果,并探讨了成骨机制。体内植入实验的组织学观察结果表明HA/PDLLA复合材料具有良好的生物相容性、适度的生物降解性能、一定的生物学活性和骨传导性能。HA/PDLLA复合材料植入机体后,体内的无菌性炎症轻微,新骨形成速率高于纯PDLLA材料。HA微粒的存在可提高复合材料的机械性能,避免材料过早丧失力学强度。

PMMA/HA-GF复合材料

对玻璃纤维 (GF)增强聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) /羟基磷灰石 (HA)复合材料的组成、成形条件和力学性能进行了研究。在PMMA中添加 5 % (质量分数 )HA微粉的复合基体与增强材料GF复合 ,70～ 10 0℃的固化和模压成形 ,可得到密度为 1.48g/cm3 ,具有生物相容性好、力学强度高、性能稳定和成形简单等特点的复合材料 。

粉末冶金法制备Ti/HA生物复合材料的体内生物活性

采用粉末冶金法制备了Ti/HA复合材料,对其体内生物活性进行了研究。植入早期,纯Ti种植体周围有一层纤维组织形成,纤维膜随着种植时间的延长逐渐消失,并伴随有新骨形成,植入6个月后,纯Ti与周围骨组织之间形成典型的骨接触界面。含钛量为30％的复合材料周围在植入早期有很薄一层新骨形成,种植体与周围骨组织之间存在很大的空隙,含钛量为50％和70％的复合材料周围则有大量的新骨形成,植入6个月后三种复合材料均与周围骨组织之间形成了牢固的骨性结合界面。可见,三种Ti/HA复合材料均具有良好的生物活性。但含钛量为30％的复合材料成骨速度明显低于另两种复合材料。三种Ti/HA复合材料的生物活性均大于纯Ti。

HA改性短切碳纤维/PMMA生物复合材料力学性能的研究

采用原位合成与溶液共混的方法,制备了纳米羟基磷灰石(HA)-短切碳纤维(Cf)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)生物复合材料,研究了HA对HA-Cf/PMMA复合材料的力学性能和微观结构的影响.采用万能材料试验机测试了HA-Cf/PMMA复合材料的力学性能,用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和红外吸收光谱仪(FT-IR)分析测试手段对材料的组成结构及断面的微观形貌等进行了测试和表征.结果表明,采用卵磷脂改性后的HA纳米片与PMMA基体的界面结合性能得到了有效改善,显著提高了复合材料的力学性能;随着HA含量的增加,HA-Cf/PMMA复合材料的弯曲强度、拉伸强度、压缩强度、弯曲模量和拉伸模量均呈先增大后减小的趋势.当HA含量在8wt%时,复合材料的力学性能最佳.

溶胶-凝胶法改性碳纤维增强纳米HA复合材料的制备及性能研究

先对碳纤维进行对氨基苯甲酸预处理,然后通过溶胶-凝胶技术在预处理后碳纤维表面涂覆HA涂层,随后利用粉末冶金技术制备改性碳纤维增强纳米HA复合材料。研究碳纤维的改性工艺,观察改性后碳纤维表面的微观形貌,测量不同碳纤维含量下复合材料的抗弯强度和断裂韧性。结果表明对氨基苯甲酸处理后碳纤维表面形成大量的纵向凹槽,表面粗糙度增加,将其在HA溶胶中提拉5次后可以在表面获得一层致密的、结合性能较好的膜层。烧结产物中HA过渡层可以很好地连接基体和碳纤维,提高纳米HA复合材料的力学性能,当碳纤维含量为3vol%时,溶胶-凝胶改性碳纤维/纳米HA复合材料的抗弯强度达到最大值84.6 MPa,是基体抗弯强度的3.45倍。当碳纤维含量为4vol%时,溶胶-凝胶改性碳纤维/纳米HA复合材料的断裂韧度达到最大值1.92 MPa·m1/2,是基体断裂韧度的2.43倍。

PEEK/HA复合材料热稳定性及细胞毒性试验

目的制备PEEK/HA生物复合材料,研究该材料的热性能和生物相容性。方法在缩聚合成聚醚醚酮的基础上,与10%、20%、30%的纳米羟基磷灰石混合,制成聚醚醚酮/羟基磷灰石﹙PEEK/HA﹚生物复合材料。用热重分析法研究复合材料热稳定性。采用差示扫描量热仪﹙DSC﹚研究纳米羟基磷灰石对PEEK结晶动力学的影响。GFP、RFP荧光蛋白转化的大肠杆菌,与材料一起培养,观察材料对荧光蛋白表达影响。WST-1试剂盒检测该材料对Hela细胞毒性。结果 PEEK/HA复合材料热分解起始温度在500℃以上,热稳定性好。在加入20%纳米羟基磷灰石时,聚醚醚酮复合材料的结晶活化能﹙E﹚低,易于形成结晶。PEEK/HA复合材料对原核细胞和Hela细胞无明显毒性。结论 PEEK/HA生物复合材料的热性能和生物相容性良好。

新型复合材料Mg/MWNTs的储放氢性能

通过在加氢气氛下高能球磨,制成了新型复合材料Mg/MWNTs。利用XRD,TEM SAED等手段对该材料进行了微结构分析。采用储放氢实验装置测试了Mg/MWNTs H2体系的PCT放氢曲线和放氢动力学性能。研究发现:复合材料Mg/MWNTs在2.0MPa氢压时,373,473,553和598K温度下,最大储氢量(质量分数)分别为0.41%,3.37%,5.70%和6.25%;复合材料Mg/MWNTs氢化物的焓变和熵变的绝对值均低于纯Mg,分别降低了10.51%和3.50%;与纳米晶Mg氢化物相比,复合材料Mg/MWNTs不仅最大储氢量显著增加,而且放氢动力学性能也明显改善。

原始粉料的球磨工艺对Ti/HA生物复合材料性能的影响

采用不同球磨介质对Ti+30%HA配比的粉料进行高能球磨,随后于1000℃氩气气氛中热压,研究了球磨工艺对Ti/HA生物复合材料性能的影响。结果表明:随着球磨时间的延长,复合材料的致密度略有下降,硬度上升。热压后,Ti基体形成连通的网络,HA弥散分布其中。干磨工艺条件下,球磨时间越长,显微组织越细;湿磨工艺条件下,较短的球磨时间,即可达到较好的细化弥散效果。因此,采用高能球磨,可使Ti/HA生物复合材料在较低的温度下致密化,同时,湿磨介质的存在,有利于在短时间内得到力学性能和生物活性都较好的Ti/HA生物复合材料。

离心成型工艺制备改性碳纤维增强HA复合材料

先对碳纤维进行HCl预处理,然后通过溶胶-凝胶技术在预处理后碳纤维表面涂覆HA涂层,最后利用离心成型技术制备改性碳纤维增强HA复合材料。重点研究碳纤维的改性工艺,观察改性前后碳纤维表面的微观形貌,分析HA浆料固相含量对离心过程中物质分离现象的影响,测量不同碳纤维含量下烧结产物的抗弯强度和断裂韧度。研究结果表明,经过HCl和提拉HA溶胶复合处理的碳纤维表面具有1层致密的、与基体结合性能较好的膜层。固相含量为50%(质量分数)HA浆料在2 860g加速度下离心后所得生坯密度均匀,SEM观察表明烧结产物致密,没有明显的物质分离现象。当碳纤维含量为2%(质量分数)时,离心成型制备的改性碳纤维/HA复合材料的抗弯强度达到最大值93.5 MPa;当碳纤维含量为2.5%(质量分数)时,该复合材料的断裂韧度达到最大值1.96MPa·m1/2。

PS/MWNT复合材料界面上的化学反应性

利用悬浮聚合法制备了可溶于甲苯的聚苯乙烯/多壁碳纳米管(PS/MWNT)复合材料,通过透射电镜观察到MWNT完全或部分被PS包裹。拉曼光谱分析表明,复合材料中MWNT的两个特征峰D峰和G峰的位置均发生了红移,且D峰的强度及ID/IG值也较MWNT明显增大。凝胶渗透色谱测得复合材料的分子量相对于纯PS的分子量有较大幅度提高。同时比较共混法与悬浮聚合法制得的复合材料在甲苯中的溶解性。可以认为悬浮聚合法制备复合材料的过程中,MWNT参与了PS的聚合反应,与PS形成了化学键从而完全或部分地被PS包裹。

CF表面Al_2O_3涂层及CF/Al_2O_3/HA复合材料的研究

为缓解在制备碳纤维(CF)增强羟基磷灰石(HA)复合材料过程中CF的氧化损坏,采用溶胶-凝胶法配置的浓度为0.4 mol/L的溶胶能在CF表面制备厚度适中、形貌均匀的Al_2O_3抗氧化保护涂层.该涂层将在复合材料烧结过程中对CF起到保护作用,防止CF的氧化损伤,且当复合材料中Al_2O_3-CF的添加量为0.5wt%时其抗弯强度达到最佳7.31±0.05MPa,一定程度上改善了CF/HA复合材料的力学性能.

定载荷下MWNTs/NR复合材料动态压缩疲劳性能研究

利用正交实验法,分别从多壁碳纳米管(MWNTs)的用量、动态载荷、频率以及实验温度等方面研究了在定载荷下其对MWNTs/天然橡胶(NR)复合材料的动态压缩生热、动态压缩永久变形、动态滞后损失和动刚度的影响。结果表明,MWNTs的用量、载荷、频率与温度对MWNTs/NR复合材料的动态压缩疲劳性能的影响方面不同,影响的大小也有较大差异。

Mg/HA复合材料的制备及其性能

采用干磨方式对质量分数为80%Mg+20%HA(羟基磷灰石)的混合粉末进行了高能球磨,并烧结制备了复合材料;测定了复合材料的抗压强度、硬度和耐腐蚀性能;通过扫描电镜和光学显微镜观察了压断试样断口形貌和复合材料的显微组织。结果表明:随着球磨时间的延长,粉末得到充分混合细化,HA相均匀分布在基体中,复合材料的抗压强度和硬度都不断增大;球磨30 h时复合材料的力学性能和组织达到了比较理想的匹配;Mg/HA复合生物材料具有较好的生物活性,但耐腐蚀性能有待提高。

粉末冶金制备的Ti35Nb2．5Sn5HA生物复合材料的组织与性能研究

采用高能机械球磨和脉冲电流活化烧结方法制备了一种新型的不含Al、V等有毒元素的β钛合金基体的Ti35Nb2.5Sn5HA生物复合材料。研究了不同机械球磨时间球磨的Ti35Nb2.5Sn5HA粉末以及用这几种粉末烧结制备的样品微观组织和显微硬度变化,球磨时间对烧结复合材料的微观组织和性能的影响。结果表明:随着球磨时间的增加,Ti35Nb2.5Sn5HA粉末的颗粒尺寸逐渐减小,Nb和Sn开始与Ti发生固溶,形成Ti的过饱和固溶体,而且α-Ti也开始向β-Ti转化。当球磨时间达到12 h,球磨粉末中α-Ti完全转化为β-Ti,粉末颗粒的平均尺寸为500 nm左右。12 h球磨的粉末烧结制备的复合材料具有超细晶粒尺寸,晶粒平均尺寸为200 nm,这种复合材料的维氏显微硬度可以达到10 187.3 MPa。