Микроволновый синтез гидроксилапатита
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
?ер зерна утраивается. Начиная с этой температуры соседние наночастицы начинают спекаться в более крупные образования [4]. При более высокой температуре (1200оС) рост зерен приводит к образованию частиц размером до 1 мкм в диаметре (см. рис. 2d).
По результатам рентгеноспектрального анализа соотношение Са/Р в исходном образце равно 1,52. Такое соотношение может принадлежать либо ТСР, либо кальций дефицитному ГА. Обычно форму кальций-дефицитного гидроксилапатита (КДГА) записывают как :
Са10-х(РО4)6-х(НРО4)х(ОН)2-х
ГА с В-типом замещения имеет формулу
Са10-х(NH4)y(РО4)6-х(CО3)хОН)2 , где (0х2)
Несмотря на то, что эти два соединения имеют апатитную структуру, их соотношение стехиометричности Са/Р может изменятся от 1,5 до 1,67 [2]. Использование только EDS недостаточно, для идентификации ГА и ТСР. ИК-спектроскопия является подходящим методом, с помощью которого можно определить тип фосфата кальция, ГА , ТСР, содержащихся в образце.
Все ИК-спектры в данной работе тщательно сравнивались с ранее известными. ИК-спектр, представленный на рис. 6., подтверждает, что полученный нГА имеет апатитную структуру. Очень часто апатитная структура содержит атомы замещения. Ими могут быть карбонаты, фториды, хлориды, фосфатные или же гидроксильные группы. Из литературных источников известно, что дуплет линий поглощения в районе 1450 и 1640 см-1, а также линия поглощения в районе 873 см-1, принадлежащей карбонатным ионам, которые замещают фосфатные группы в структуре апатита, образуя так называемый ГА В-типа замещения.
Рис. 5. Гистограмма, показывающая средний размер частиц, полученного нГА во взвеси
Рис. 6. ИК- спектры осажденного ГА: а) высушенный b) отожженный при 700оС, c) 800оС, d) 900оС, e) 1200оС
На рис. 6 (в)-(d) представлены ИК - спектры порошка нГА обожженного при температурах 700-1200оС. На этих ИК - спектрах легко заметить изменение интенсивностей линий поглощения и появление линий поглощения, соответствующие карбонатным и гидроксильным группам. Было обнаружено, что при температуре 700оС карбонатные ионы частично удаляются из структуры нГА. При температуре 800оС порошок нГА полностью освободился от карбонатных групп. Кроме того, при этих условиях происходят процессы превращения 2НРО42- в Р2О7, что влечет уменьшение интенсивности полос поглощения НРО42- в интервале 870-840 см-1 и в то же время появление новой линии поглощения на 715 см-1, которая принадлежит пирофосфатным группам. Кроме того, необходимо отметить, что интенсивность линий поглощения ОН- изменилась с увеличением температуры. Линия поглощения в районе 3500 см-1, исчезают уже при температуре 700оС, указывая на то, что часть воды удаляется из структуры нГА . При температуре 900оС линия поглощения ОН- полностью исчезает (см. рис. 6d.), а на ИК- спектре становятся заметны ступеньки в районе 947, 974 и 1120 см-1, которые говорят о появлении ?-ТСР, как дополнительной фазы. На ИК- спектре образца нГА , обожженного при температуре 1200оС (см. рис. 6с.) линии поглощения ?-ТСР более заметными, помимо этого об увеличении ?-ТСР говорит смещение линий поглощения РО43- с 603 и 565 см-1 на 1090 и 1046 см-1. Это является следствием термического распада ГА.
На рис. 7. представлены результаты термогравиметрического анализа (ТГА) и дифференциального сканирования калориметрических измерений полученного порошка ГА. Потеря массы на графике ТГА отражает термическую стойкость образца, а также может дать представление о процессах химического разложения, испарения и сублимации в образце при более высоких температурах. При нагревании до около 620оС, потеря массы составила 6,5% при полной потери массы 8,5% для данного материала. Это изменение массы можно было бы отнести к частичному удалению физически и химически адсорбированной воды [6]. Эти данные согласуются с результатами ИК, где линии поглощения ОН- групп в диапазоне 3500 см-1 сужаются при повышенных температурах.
По данным ИК - спектры образца нГА обожженного при температуре 800оС (см. рис. 5(с)), потеря массы в диапазоне температур 600-900оС скорее всего соответствует процессу декарбонизации ГА, в ходе которого выделяется СО2(g) и разложению НРО42-, с выделением воды карбонатные полосы полностью исчезают при температуре 800оС. Заметим, что этот процесс разложения идет одновременно с образованием нГА образца [5], о чем говорит значительное уменьшение интенсивности полос поглощения, соответствующих воде, при 900оС. В этой работе DSC измерения были выполнены чтобы исследовать эндо - или экзотермическую реакцию или возможные фазовые переходы образца ГАП. Несмотря на общий вид кривой DSC они имеют три эндотермических пика при 100, 842 и 1104оС, которые связаны с изменениями в материале. Согласно TГA и ИК - спектрам, первый эндотермический пик отражает выделение адсорбированной воды, дальнейшее нагревание до температуры 600оС приводит к тому, что вода полностью удаляется из кристаллической решетки. Второй эндотермический пик может быть связан с декарбонизацией и с обезвоживанием ГА, а также с разложением ГАП в ?-ТКФ, при этом последний процесс включает разложение ГАП в ?-ТКФ и ?-ТКФ фазы.
Отметим, что кальций дефицитный и карбонатный ГА имеют тенденцию распадаться на стехиометрический ГАП и ТКФ при температурах ниже 700оС. Тампиер и др. обнаружили, что добавление Са(ОН)2 к кальций дефицитному апатиту может компенсировать не стехиометричность и оказать положительное влияние на стабильность ГАП при высоких температурах [7]. Это наблюдение совпадает с результатами данной работы, так как нГА полученный в этой работе т?/p>