羟基磷灰石研究进展
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纳米材料在环境修复中的新应用研究进展随着工业化和城市化进程的加速,环境污染问题日益严重,给人类的生存和发展带来了巨大的威胁。
传统的环境修复技术往往存在效率低下、成本高昂等问题,难以满足当前环境保护的需求。
近年来,纳米材料因其独特的物理、化学和生物学性质,在环境修复领域展现出了广阔的应用前景,成为了研究的热点。
一、纳米材料的特性纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1 100纳米)的材料。
由于其尺寸小,纳米材料具有比表面积大、表面能高、量子尺寸效应、小尺寸效应等独特的性质。
比表面积大意味着纳米材料具有更多的活性位点,可以与污染物充分接触并发生反应。
表面能高则使其具有更强的化学活性,容易与其他物质发生相互作用。
量子尺寸效应和小尺寸效应则会影响纳米材料的光学、电学和磁学性质,为其在环境修复中的应用提供了更多的可能性。
二、纳米材料在环境修复中的应用(一)水污染修复1、纳米零价铁纳米零价铁(nZVI)是一种常用的纳米材料,对水中的重金属离子(如铬、汞、铅等)和有机污染物(如氯代烃、硝基苯等)具有良好的去除效果。
nZVI 能够通过还原作用将高价态的重金属离子还原为低价态,从而降低其毒性和迁移性。
同时,nZVI 还可以与有机污染物发生加氢反应,将其分解为无害物质。
2、纳米二氧化钛纳米二氧化钛(TiO₂)是一种光催化材料,在紫外光的照射下能够产生强氧化性的自由基,如羟基自由基(·OH),这些自由基可以将水中的有机污染物氧化分解为二氧化碳和水。
此外,TiO₂还可以用于去除水中的微生物和藻类,具有杀菌消毒的作用。
3、碳纳米材料碳纳米管(CNTs)和石墨烯等碳纳米材料具有良好的吸附性能,可以有效地去除水中的重金属离子和有机污染物。
CNTs 独特的中空结构和大比表面积使其能够吸附大量的污染物分子,而石墨烯的二维结构和丰富的官能团也使其成为一种优秀的吸附剂。
(二)土壤污染修复1、纳米羟基磷灰石纳米羟基磷灰石(nHAP)对土壤中的重金属离子具有良好的固定作用。
羟基磷灰石光伏解释说明以及概述1. 引言1.1 概述在当今迅速发展的能源领域中,光伏技术作为一种清洁、可再生的发电方式得到了广泛应用。
羟基磷灰石光伏作为一种新兴的光伏材料,近年来备受关注并取得了显著的进展。
本文将对羟基磷灰石及其在光伏领域中的应用进行介绍和分析,并探讨其性能与发展前景。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
首先在引言部分对文章内容进行概述和说明,然后进入正文部分。
第二部分将解释说明羟基磷灰石和光伏技术的概念和背景。
第三部分将深入剖析羟基磷灰石光伏的原理和机制。
第四部分将评价当前羟基磷灰石光伏电池的性能,并预测未来的发展趋势与挑战。
最后,在结论中总结全文并给出对羟基磷灰石光伏未来前景的展望。
1.3 目的本文旨在全面介绍羟基磷灰石光伏以及其在能源产业中的应用。
通过对羟基磷灰石光伏的解释说明和原理分析,旨在提供读者对该技术的深入理解。
同时,通过评价当前的性能和展望未来前景,希望为羟基磷灰石光伏技术的进一步发展提供有益参考。
本文还将尽可能客观地探讨其发展趋势和挑战,并为其在可持续能源领域中的推广和应用提供科学依据。
2. 羟基磷灰石光伏解释说明:2.1 羟基磷灰石的定义:羟基磷灰石是一种具有化学式Ca5(PO4)3(OH)的无机材料。
它属于钙磷类化合物,具有较高的比表面积和孔隙结构,使其在光伏领域得到广泛应用。
2.2 光伏技术概述:光伏技术是利用半导体材料的光电转换特性将太阳能转化为电能的过程。
通过将光线直接转化为电能,可以实现清洁、可再生的能源供应。
常见的光伏技术包括单晶硅、多晶硅、非晶硅等。
2.3 羟基磷灰石在光伏领域的应用:羟基磷灰石由于其优异的光学和电学性质,在光伏领域能够发挥重要作用。
首先,羟基磷灰石可以作为一种吸收层材料,通过吸收太阳能中的可见光和红外线来产生电荷载流子。
其次,羟基磷灰石可以作为电子传输材料,通过导电通道将产生的电荷载流子引导到外部电路中。
此外,羟基磷灰石还可以作为光伏薄膜的保护层,增强光伏器件的稳定性和耐久性。
羟基磷灰石微球制备方法的研究进展
窦妍;李东旭;曹丰;李延报
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2010(024)0z2
【摘要】简要介绍了羟基磷灰石基本特性,综合论述了羟基磷灰石微球的各种制备方法、原理及微球形成的机理,并对各种方法的优缺点进行了对比分析.指出了羟基磷灰石微球在研究中存在的问题,并对前景进行了展望.
【总页数】3页(P417-419)
【作者】窦妍;李东旭;曹丰;李延报
【作者单位】南京工业大学材料科学与工程学院,南京,210009;南京工业大学材料科学与工程学院,南京,210009;南京工业大学材料科学与工程学院,南京,210009;南京工业大学材料科学与工程学院,南京,210009
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174
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4.纳米羟基磷灰石制备方法研究进展 [J], 黄嘉琪; 郑炜山; 颜聪颖; 孙思海; 侯佳馨; 赵增迎
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纳米簇羟基磷灰石中空微球纳米簇羟基磷灰石(nanocluster hydroxyapatite)是一种具有广泛应用前景的新型材料。
它具有独特的结构和优异的性能,被广泛应用于医疗领域、材料科学和生物学等领域。
本文将重点介绍纳米簇羟基磷灰石中空微球的制备方法、结构特点和应用前景。
纳米簇羟基磷灰石中空微球的制备方法多样。
一种常用的方法是溶剂挥发法。
通过在有机溶剂中溶解适量的羟基磷灰石前驱体,并添加表面活性剂和模板剂,形成乳液。
随后,通过挥发有机溶剂,形成中空微球。
这种方法制备的纳米簇羟基磷灰石中空微球具有较小的粒径和较大的比表面积,具有优异的生物相容性和生物活性。
纳米簇羟基磷灰石中空微球具有独特的结构特点。
它们呈球形结构,表面光滑,内部空腔呈中空结构。
在纳米尺度下,它们的表面具有丰富的羟基磷灰石簇,这些簇之间通过强烈的静电作用力相互连接,形成稳定的纳米簇结构。
这种结构使纳米簇羟基磷灰石中空微球具有良好的生物相容性和生物活性,能够有效促进骨组织再生和修复。
纳米簇羟基磷灰石中空微球在医疗领域具有广泛的应用前景。
首先,它们可以作为骨修复材料,用于治疗骨折、骨缺损和骨疾病。
由于纳米簇羟基磷灰石中空微球具有类似于骨组织的化学成分和结构,能够与骨组织紧密结合,促进骨组织再生和修复。
其次,纳米簇羟基磷灰石中空微球还可以用于药物递送系统。
通过将药物包裹在中空微球中,可以实现药物的缓释和靶向释放,提高药物的疗效和减少副作用。
纳米簇羟基磷灰石中空微球还在材料科学和生物学领域具有广泛的应用前景。
它们可以用于制备功能性纳米材料和纳米器件,例如纳米传感器和纳米电池。
由于纳米簇羟基磷灰石中空微球具有较大的比表面积和丰富的表面官能团,能够有效吸附和催化反应物质,具有很高的催化活性和选择性。
纳米簇羟基磷灰石中空微球具有重要的科学研究价值和广阔的应用前景。
通过合理的制备方法,可以获得具有优异性能和多功能的纳米簇羟基磷灰石中空微球。
这些中空微球在医疗领域、材料科学和生物学等领域具有重要的应用价值,将为人类健康和科学研究带来新的突破和进展。
纳米羟基磷灰石在骨科中的临床应用及作用机制杨再清;雷云坤;孟增东【摘要】10.3969/j.issn.2095-4344.2012.51.024% 背景:纳米羟基磷灰石是一种具有代表性的生物活性材料,是现在组织工程领域研究的一个热点。
目的:综述纳米羟基磷灰石在骨科领域的临床应用进展,并探讨其作用机制。
方法:查阅2001年1月至2011年12月 CNKI 数据库和PubMed数据库有关纳米羟基磷灰石对成骨细胞、破骨细胞的影响及再血管化的研究,并总结其在骨科的临床应用进展。
结果与结论:纳米羟基磷灰石能够提高成骨细胞的增殖活性及功能代谢,诱发新骨形成;而破骨细胞能够吸收、降解羟基磷灰石,同时,纳米羟基磷灰石调节破骨细胞的代谢过程,共同参与了骨代谢。
另外,纳米羟基磷灰石植入体内后能够再血管化,进而有利于骨修复和重建。
基于纳米羟基磷灰石及其复合材料的优越性,是一种较为理想的骨缺损修复材料,已初步应用于临床,并取得了令人鼓舞的效果,但仍有许多问题有待于进一步研究解决。
【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2012(000)051【总页数】6页(P9629-9634)【关键词】纳米羟基磷灰石;骨科植入物;骨缺损;再血管化;组织工程骨材料【作者】杨再清;雷云坤;孟增东【作者单位】昆明医学院附属昆华医院骨科,云南省昆明市650032; 云南省第一人民医院骨科,云南省昆明市650032;昆明医学院附属昆华医院骨科,云南省昆明市650032; 云南省第一人民医院骨科,云南省昆明市650032;昆明医学院附属昆华医院骨科,云南省昆明市650032; 云南省第一人民医院骨科,云南省昆明市650032【正文语种】中文【中图分类】R3180 引言如何解决骨缺损的修复问题一直是骨外科、整形外科医师研究的重大难题之一[1]。
骨科医师在治疗骨缺损时常常采用自体骨、异体骨、组织工程化骨来填充骨缺损,运用基因治疗法和物理疗法促进骨愈合。
羟基磷灰石微球力学性能表征方法的研究
李均明;王爱娟;蒋百灵;吕宇鹏
【期刊名称】《西安理工大学学报》
【年(卷),期】2010(026)004
【摘要】羟基磷灰石块体材料的力学性能评价方法较为成熟,而有关小粒径羟基磷灰石颗粒力学性能的评价方法有待进一步研究.针对这一问题,提出采用磁力搅拌法破碎羟基磷灰石微球,通过比较试样破碎前后的粒径变化情况来表征羟基磷灰石微球的力学性能.选取利用离心干燥和喷雾干燥技术制备的两种HA微球为研究对象评价所设计方案的可行性,以期望为小粒径粉体材料的力学性能表征提供实验支撑和理论依据.结果表明所设计方案可行性较好,能够定性的评价羟基磷灰石微球的力学性能.
【总页数】5页(P393-397)
【作者】李均明;王爱娟;蒋百灵;吕宇鹏
【作者单位】西安理工大学,材料科学与工程学院,陕西,西安,710048;西安理工大学,材料科学与工程学院,陕西,西安,710048;西安理工大学,材料科学与工程学院,陕西,西安,710048;山东大学,材料科学与工程学院,山东,济南,250061
【正文语种】中文
【中图分类】TB39
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3.缠绕用直接纱力学性能表征方法的研究及应用 [J], 周小华;宋长久;姚尧平;费其锋;张燕
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5.贻贝壳在不同方法下合成羟基磷灰石多孔微球的性能研究 [J], 李超群;顾忠旗;黄继;石娟;周丽萍;王晴;娄永江
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羟基磷灰石研究进展摘要:由于羟基磷灰石( HA) 不但与人体骨骼晶体成分和结构基本一致,而且其生物相容性、界面生物活性均优于医用钛、硅橡胶及植骨用碳材料等植入医用材料,另外有极好骨传导性和与骨结合的能力, 无毒副作用, 无致癌作用,所以被广泛用作硬组织修复材料和骨填充材料的生理支架以及疾病、意外事故中的骨修复材料。
同时,羟基磷灰石具有良好的生物活性,具有特殊的晶体化学特点,是较好的生物材料,被广泛应用于骨组织的修复与替代技术.目前,羟基磷灰石涂层的制备方法有等离子喷涂法、激光熔覆法、电结晶液相沉积法、溶胶-凝胶法等。
对于制备要求较高、具有表面活性的吸附材料羟基磷灰石而言,溶胶- 凝胶法是较为合适的方法,本文羟基磷灰石涂层进行了研究。
主要从羟基磷灰石的合成制备,复合材料涂层种类及HA涂层影响因素,应用等方面对羟基磷灰石进行介绍,并对其进行研究展望。
关键词:羟基磷灰石制备复合材料涂层研究进展前言羟基磷灰石是一种磷酸钙生物陶瓷, 与人体自然骨和牙齿等硬组织中的无机质在化学成分和晶体结构上具有相似性,是一类重要的骨修复材料,分子式为Ca10 ( PO4) 6 ( OH ) 2 , 简写为HA 或HAP,Ca/ P 物质的量比理论值为1. 67, 属磷酸钙陶瓷中的一种生物活性材料。
从分子结构( 如图1) 可以看出, 它易与周围液体发生离子交换。
HA 属六方晶系, 空间群为P63/m。
其结构为六角柱体, 与c轴垂直的面是一个六边形, a、b 轴的夹角为120 °, 晶胞常数a= b= 9. 324 A , c= 6. 881A 。
单位晶胞含有10 个[ Ca]2+、6个[ PO4]3-和2个[ OH]-, 这样的结构和组成使得H A 具有较好的稳定性。
磷灰石是自然界广泛分布的磷酸钙盐矿物,根据其结构通道中存在的阴离子的种类,可分为氟-、氯-、羟磷灰石等不同亚种矿物。
其中,羟基磷灰石(hydroxyapatite,缩写为HA或HAp)的研究和应用最广泛。
羟基磷灰石是人体和动物的骨骼和牙齿的主要无机成分,具有良好的生物相容性和生物活性,HA材料对动物体人体无毒、无害、无致癌作用,可增强骨愈合作用,能与自然骨产生化学结合,HA植入人体后对组织无刺激和排斥作用,能与骨形成很强的化学结合,用作骨缺损的充填材料,为新骨的形成提供支架,发挥骨传导作用, 是理想的硬组织替代材料,被认为是最有前途的人工齿及人工骨的替代材料。
1、羟基磷灰石的合成制备虽然1871年就合成出羟基磷灰石,但是由于技术的限制,直至1971年才有羟基磷灰石生物陶瓷的成功报道,并迅速扩大临床应用。
经过多年的研究,近年来已经开发出多种方法制备羟基磷灰石。
鉴于各种方法在制备原理于过程上存在相当大的差异,所得到的HA的性能也产生了较大的差异。
不同状态的HA的制备是HA优异性能得到充分利用的关键。
羟基磷灰石的制备可按照其物理性质分为HA粉体的制备、HA涂层的制备、以及HA复合材料的制备。
1.1经基磷灰石粉体的制备目前制备羟基磷灰石粉末的方法有很多,主要有湿法溶胶一凝胶法、水热法、沉淀法等和干法固相反应及微乳液法。
1.1.1溶胶一凝胶法溶胶-凝胶法是以适当的前驱物配成溶胶, 一般利用金属无机盐或金属醇盐, 在水或醇溶剂中发生水解或醇解反应,形成均匀的溶胶, 然后经过溶剂挥发及加热等处理, 使溶胶转变成网状结构的凝胶, 再经过适当的后处理工艺形成HA晶体。
童义平等探索用溶胶—凝胶法制备羟基磷灰石的工艺条件, 用硝酸钙和磷酸三丁酯为反应原料, 进行对比实验, 优化得到的条件为溶液pH 值控制在8 左右, 烧结温度控制在950℃以上, 恒温时间控制在2.5~ 4.5 小时。
是近些年来才发展起来的新方法,已经引起了广泛的关注。
找到合适的、能够合成最终的羟基磷灰石的溶胶一凝胶体系是其合成的关键。
其原理是:将醇盐溶解在选定的有机溶剂中,在其中加蒸馏水使醇盐发生水解、聚合反应后生成溶胶,再将Ca2+溶胶缓慢滴加到(PO4)3-溶胶中,加水变为凝胶,凝胶经老化、洗涤、真空状态下低温干燥,得到干凝胶,再将干凝胶高温锻烧,就得到羟基磷灰石的纳米粉体。
该方法的优为:合成及烧结温度低、可在分子水平上混合钙磷的前驱体使溶胶具有高度的化学均匀性。
缺点是化学过程比较复杂、醇盐原料价格昂贵、有机溶剂毒性大,对环境易造成污染等。
,该方法的优点是对PH没有要求。
这种方法可以生成Ca/P比不同的HA ,生成的HA粉体可用作生物陶瓷、环境材料、催化、色谱等领域。
1.1.2沉淀法化学沉淀法是制备羟基磷灰石粉体最典型的方法,这种方法通常采用把一定浓度的磷酸氢铵和硝酸钙反应或者磷酸与氢氧化钙在一定的温度下搅拌,常加入适当的沉淀剂,通过控制反应的温度、PH值、反应速率及陈化时间等来实现HAP蹭点结晶化过程,反应过程中使用氨水调节PH值,把沉淀物高温缎烧从而得到HA粉体。
其典型工艺:Ca(NO3)2与磷酸盐[(NH4)3PO4,(NH4)2HPO4,NH4H2PO4]溶液进行反应,沉淀经过滤、干燥,制成粉末颗粒,再在750℃条件下煅烧3h,生成晶体粉末,经成型工艺获得压坯,最后在1050一1200℃温度烧结,即得到羟基磷灰石。
该法的优点是:工艺简单、合成粉体的成木较低,可以大量制造HA粉体,并广泛应用于工业生产巾。
缺点:必须严格控制实验的工艺条件,比如Ca/P的摩尔比、混合物的PH值、以及反应产生沉淀的时间。
1.1.3水热法水热法其特点是在特制的密闭的反应器(高压釜)内,在高温高压下,用水溶液作为反应介质。
在高温高压环境中,不受沸点的限制,可以使介质的温度上升到200一400℃,使原来难溶或不溶的物质溶解并重新结品的方法。
这种方法通常采用磷酸氢钙等为原料的水溶液体系,在高压釜中制备HA粉体。
其典型的工艺为:以CaCl2 [或Ca(NO3)]与NH4H2PO4为原料,以钛网、Ti6Al6V片或其他合金为阴极,以石墨为阳极,控制一2定的PH值和沉淀时间,可得CaHPO4·2H2O ,随后经水蒸气处理,即得到羟基磷灰石。
化学反应如下:与其它化学方法比较, 水热法制备HA粉体由于不需要高温焙烧等后处理工艺, 避免了在这些过程中可能产生的粉体颗粒之间的硬团聚, 制备工艺较为简单, 粒子纯度高, 分散性好, 粒径小, 分布范围窄,这种方法的缺点为:生产周期长, 能耗大, 成本高, 反应条件对产物影响大。
对设备的密闭条件要求很高,反应条件不容易控制,很难生成Ca/P比不同的HA,一般能生成正常配比的HA。
但是可以获得高纯度、高有序度、结品较好的HA多品粉体。
该方法制备的羟基磷灰石粉体在萤光、激光材料、催化载体等方面得到应用。
1.1.4干式法把固态磷酸钙及其他化合物磨细均匀混合在一起,在有水蒸气存在的条件下,反应温度大于1000℃(1000℃一1300℃),可以得到结品较好的羟基磷灰石,反应式为:6CaHPO4·2H2O+4CaCO3=Ca(PO4)6(OH)2+4CO2+14H2O这种方法合成的羟基磷灰石优点是粒径1mm,纯度高,结品完整无品格缺陷,晶格常数不随温度变化。
缺点为该方法要求较高的温度和热处理时间,粉末的可烧结性差,使得应用受到了一定的限制。
一般这种方法制备的羟基磷灰石粉体常用在萤光、激光、敏感功能材料和地质条件模拟实验研究中应用。
此外还有海珊瑚高温置换反应合成等方法。
1.1.5微乳液法微乳液法是利用表面活性剂在溶液中的浓度超过其临界胶束浓度(cmc)形成胶束的性质, 在钙和磷的前躯物溶液中,加入适宜的表面活性剂,形成各种彼此独立的微乳颗粒(如球状、椭圆状、棒状胶束等)来控制HAP晶粒的生长, 以制备不同形貌的超微粒HAP。
1.2经基磷灰石薄膜的研究方法近年来发展起来的金属基表面羟基磷灰石薄膜的研究方法主要有:等离子喷涂,激光熔覆法,溶胶一凝胶法,电沉积方法,仿生合成法,浸渍法,热喷涂等。
这些方法可以分为两大类, 一类方法制备出厚度相对较大的涂层(几十至上百);另一类则偏重于制备薄涂层(厚度在几个至十几个左右)。
1.2.1厚涂层的制备方法1.2.1.1等离子喷涂法等离子喷涂法是制备HA涂层最成功,也是目前临床研究较为成熟,应用最为广泛的方法,并且被广泛投人到商业应用。
等离子喷涂的基本过程是喷涂粉料以气体为载体被送到等离子区,经高温(通常高于1000℃)熔融或半熔融后喷涂到金属基体表面形成羟基磷灰石薄膜,喷涂后的涂层要经过水蒸气处理或热处理。
其典型工艺如下:由钨青铜阳极和喷嘴阴极放电产生电弧,等离子体则在电弧燃烧中产生。
一般等离子气体选择惰性气体或双原子其他的混合物。
喷涂粉末用气流送到高能的等离子气体内,粉末在等离子体中熔化,附着在金属基体上而形成涂层,随着工艺参数,如HA的颗粒大小以及功率的变化,涂层的性能也相应发生变化。
通常等离子喷涂的厚度在几十左右。
等离子喷涂具有操作方便,但他的缺点也很明显首先因羟基磷灰石与金属基体的热膨胀系数不同,易在基体与涂层界面形成残余应力,在喷涂后的冷却过程中涂层可能产生相变和脆裂,使得涂层和基体的结合强度不高;其次,由于等离子喷涂过程涉及高温过程,易使羟基磷灰石发生分解。
另外,由于原始材料采用较高纯度的羟基磷灰石粉末,植被的成本较高,技术设备昂贵,不适合喷涂多孔金属表面。
1.2.1.2激光熔覆法激光熔税法的工作原理在金属基体的表面上预先覆涂一定配比的CaCO3,与CaHPO4·2H2O的混合物粉末涂层,然后用激光器进行多道搭接熔覆处理,使合成与熔覆HA涂层一步完成,合成HA涂层的原理反应为:此方法制得的涂层的优点是:与基体结合良好、硬度高、强度较高、韧性良好,且改善了植人材料的弹性模量与生物硬组织材料的匹配性。
但同样也有缺点存在,涂层的均匀性和稳定性较差,难控制且设备昂贵。
激光熔覆法在制备生物涂层方面刚刚起步,但已经显示出巨大的优越性,很有希望成为生产临床生物材料的途径之一。
1.2.2薄涂层的制备方法1.2.2.1溶胶一凝胶法溶胶一凝胶法除了可以制备HA的粉体以外,还可以制备HA涂层,这一方面近年来研究较多,溶胶一凝胶法是一个相当简单的过程。
溶胶一凝胶法的原理是:将涂层物质或其前驱体制成溶胶,使之均匀的覆盖于基体的表面,由于溶剂的迅速挥发以及后续的缩聚反应而凝胶化,再经干燥和热处理,以获得所需的涂层。
该方法的优点是用料少,成木底;工艺简单,不需要任何的真空的设备;工艺过程温度低;对于形状复杂的材料有利。
1.2.2.2电化学沉积法电化学沉积法是一种点解方法镀膜的过程,也是一种氧化还原过程。
该方法的原理是:在含有被镀金属离子的水溶液(或非水溶液、熔盐)中通直流电,是正离子在阴极表面放电,得到金属、=-0987321、温度低、易于在复杂表面上大面积涂膜、投资少,工艺简单,易于操作。