Микроволновый синтез гидроксилапатита
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
?но сложный и длительный процесс, с применением микроволнового нагревания значительно упростился и стал намного эффективнее. О характеристиках порошка ГА, полученного в результате синтеза под воздействием микроволнового излучения, и будет рассказано далее.
1.2 Влияние микроволнового облучения на синтез ГА
Все работы, посвященные воздействию микроволнового излучения на синтез ГА, можно разделить на две группы. Первую группу составляют работы, в которых микроволновое излучение используют для улучшения стандартных методов получения ГА. Например, для ускорения реакции, в результате, которой образуется ГА, но при обычных условиях занимающей много времени. Ко второй группе относятся работы, в которых микроволновое излучение выступает неотъемлемой частью синтеза, без которой конечный продукт не мог бы быть получен. Научный интерес вызывают оба направления, поэтому подробно остановимся на каждом из них.
Представителем первого направления является работа, в которой нанокристаллический ГА был получен при помощи реакции водного осаждения. В качестве исходных компонентов использовалась смесь гидроксида кальция (Са (ОН)2) и гидрофосфата аммония ((NH4)2 НРО4), в соотношении Са/Р 1:1. В этом исследовании реакция синтеза выгладила следующим образом:
Са(ОН)2 +6(NH4)2НРО4 > Са10 (РО4)6(ОН)2 +6Н2О +12NH4OH
Для формирования реакционной смеси, использовались 0,24М (NH4)2 НРО4 в виде водного раствора, медленно добавляли к 0,4М водной суспензии гидроокиси кальция, постоянно перемешивали при комнатной температуре [4]. Затем смесь немедленно подвергалась микроволновому облучению (850 Вт) в течении 20 минут, в результате чего образовывалась белая паста. После чего образец высушили методом лиофилизационной сушки с тем, чтобы предотвратить агломерацию частиц.
В результате этого простого метода был получен нанокристаллический гидроксилапаптит. Различия между этим методом и другими, заключаются в следующем. Во-первых, требуется поддержание постоянного уровня рН потому, что суспензия Са(ОН)2 является сильной щелочью. Сравнение с другими работами, о которых сообщалось ранее показывает, что смеси Са/Р должны сохраняться при рН 10 в течении реакции. Во-вторых, эта реакция проводилась в воздушной атмосфере, в то время как другие исследователи получали другие наночастицы при помощи гидротермального метода, для которого необходимы достаточно высокая температура и давление. В-третьих, весь процесс занимает всего лишь 3 часа от начала подготовки растворов, смешивания и микроволнового облучения до формирования осадка. Побочный продукт NH4OH легко удаляется путем испарения во время нагрева.
Дифрактограмма свежеприготовленного нГА (см. рис. 3а) подтверждает, что полученный в ходе эксперимента продукт является ГА. Широкие, не очень хорошо разрешаемые дифракционные пики говорят о том, что полученный продукт либо не полностью кристаллизовался, либо кристаллы продукта очень малы. На снимках, сделанных с помощью сканирующего электронного микроскопа (см. рис. 4,) четко видно, что кристаллы полученного нГА имеют иглообразную форму. Микрофотографии (см. рис. 4а) также подтверждают, что уширение дифракционных пиков на дифрактограммах связано в большей степени с очень малым размерам кристаллов, чем со слабой кристалличностью продукта. Размер большинства полученных частиц нГАП составляет приблизительно 30 нм в диаметре и 200 нм в диаметре. Результаты анализа динамического рассеяния света (DLS) полностью совпадают с результатами, полученными с помощью электронной микроскопии.
Рис. 3. Дифрактограммы порошка ГА: а) исходного, b) отожженного при 700оС, c) отожженного при 800оС, d) отожженного при 900оС, e) отожженного при 1200оС
Рис. 4. Исходный нГА и ГА отожженный при температурах между 700 и 1200оС
Размеры частиц, измеренные с помощью DLS, находятся в пределах 28 159 нм (см. рис. 5.). Кристалличность нГА увеличивается при отжиге, об этом говорит сужение дифракционных пиков (см. рис. 3(б)- (е)). Частицы нГА остаются стабильными вплоть до температуры 700оС, о чем свидетельствует увеличение интенсивности дифракционных пиков (см. рис. 3в) и отсутствие дополнительных фаз. Так как дифракционные пики достаточно широки, мы считаем, что кристаллы нГА все еще малы, но они уже намного больше исходных. Нагревание исходного нГА до 800оС привело к еще лучшему разрешению дифракционных пиков (см. рис. 3(с)), что говорит о росте все большего числа кристаллических плоскостей при высокой температуре. Однако при этом появляется новая дифракционная линия на углах 31,1о 2q в виде небольшой ступеньки с левой стороны пика ГА. Эта новая дифракционная линия отражает образование ?-ТСР связанное с разложение нГА. Дальнейший обжиг образцов при температурах 800оС и 1200оС привело к еще большему расширению пиков и росту их интенсивностей. Это говорит о том, что чем выше температура, тем уже становятся дифракционные пики, и, следовательно, крупнее кристаллы.
Кроме того, с увеличением температуры увеличивается количество дополнительной фазы и система превращается в двухфазную. Разложение ГАП происходит при температурах 1000оС и 1200оС, что согласуется с ранее полученными результатами.
Рост и укрупнение кристалликов ГА под воздействием тепла подтверждается снимками сканирующей электронной микроскопии. На рис. 4а можно увидеть частицы слабо сцепленные между собой. Из рис. 4 (в) видно, что размер зерен нГА, обожженных при температуре 700оС остается в пределах 100 нм. Рис. 4(с) показывает, что после отжига при Т=800оС раз?/p>