Микроволновый синтез гидроксилапатита
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
смесь отожгли. Однако под воздействием микроволнового облучения произошло образование высокодисперсной фазы, дифрактограмма которой содержит наиболее характерные дифракционные отражения нанокристаллического ГА.
Рис. 14. Дифрактограммы исходной реакционной смеси и продуктов микроволнового синтеза
Рис. 15. Зависимость фазового состава продукта от длительности микроволнового облучения
На процесс микроволнового синтеза можно воздействовать двумя параметрами, а именно длительностью и мощностью микроволнового излучения. Результаты влияния этих двух параметров излагаются далее.
Оказалось, что микроволновое облучение реакционной смеси длительностью менее 1 минуты не приводит к образованию ГА (см. рис. 15.). Было установлено, что воспроизводимый синтез нанокристаллического ГА происходит, начиная с мощности 350W и длительности облучения 4 минуты. Более длительное облучение не приводит к существенным изменениям в образовавшемся ГА.
Характеристики продукта изменяются при увеличении мощности микроволнового излучения (см. рис. 16.). Анализ дифрактограмм показывает, что интенсивность и разрешение линии 002 увеличивается, в то время как другие дифракционные линии существенно не изменяются. Это говорит о том, что частицы ГА растут вдоль оси с, оставаясь нанокристаллическими в остальных двух измерениях.
На снимках, сделанных с помощью растрового микроскопа (см. рис. 17), видно, что полученный порошок ГА действительно является нанокристаллическим, как показали дифрактограммы, потому что состоит из частиц размеры, которых преимущественно находятся в нанодиапазоне.
С целью изучения термостабильности, полученного ГА, некоторое количество синтезированного порошка отжигали до высоких температур (см. рис. 18.). Как видим, изменения в фазовом составе порошка начинаются с температуры 700 0С. Кроме того в образцах возникает некоторое количество ?-ТСР. С увеличением температуры отжига количество ?-ТСР увеличивается. Так что при температуре 1150 0С порошок почти полностью состоит из ?-ТСР. Это значит, что полученный ГА был действительно нестехиометрическим. Для определения природы нестехиометричности порошок исследовали термогравиметрическим и масс-спектрометрическим методами.
Рис. 16. Дифрактограммы образцов в зависимости от мощности микроволнового излучения
Рис. 17. Микроволновый синтез: Р=350W, t=4мин (a); Р=500W, t=4мин (b); Р=700W t=4мин (c, d)
Термогравиметрические исследования (см. рис. 19), полученного ГА, показали наличие потери массы в трёх температурных интервалах: 20-280 0С, 280-600 0С и 600-950 0С.
Природа потери массы была установлена с помощью масс-спектрометрии (см. рис. 20.). Оказалось, что в первом интервале температур выделяется вода, во втором преимущественно вода и углекислый газ, а в третьем только углекислый газ. Предыдущие исследования показали, что газовыделение в интервале 20-280 0С связано с выделением абсорбированной воды, в интервале 280-600 0С с реакциями между НРО4 и карбонатами в кристаллической решетке, а в интервале 600-950 0С с термическим разложением карбонатных ионов в кристаллической решетке ГА.
ИК - спектры образцов (см. рис. 21.) подтвердили данные результаты. Так на ИК-спектрах исходного порошка действительно обнаруживаются полосы поглощения Н2О (1640, 3420 см-1), НРО42- группы (875 см-1) и карбонатных ионов СО32- (872 (в-тип),1421, 1455 см-1). По мере отжига эти полосы исчезают, то есть примеси выделяются в виде газообразных продуктов. Кроме того, с увеличением температуры отжига кроме полос поглощения ГА появляются полосы поглощения, принадлежащие ?-ТСР, интенсивность которых с повышением температуры увеличивается.
Рис. 18. Дифрактограммы образцов КДГА, отожженных при различной температуре
Рис. 19. Термогравиметрия
Рис. 20. Масс-спектры образцов; микроволновый синтез при Р=700W, t=4мин
Рис. 21. ИК-спектры образцов КДГА, отожженных при различной температуре
ВЫВОДЫ
Таким образом, различные методы исследования дали хорошо согласующееся результаты. Их можно свести к следующему.
Показана возможность получения нанокристаллического КДГА в результате твердофазного микроволнового синтеза.
Обнаружено, что на структуру и морфологию частиц КДГА существенно влияет длительность и мощность микроволнового излучения.
Впервые установлены особенности примесного состава синтезированного порошка КДГА.
Впервые исследована термическая стабильность и изменения примесного и фазового состава нанокристаллического КДГА, полученного данным методом, в процессе отжига.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Баринов С. М., Комлев В.С. Биокерамика на основе фосфатов кальция.- М.: Наука, 2005. с 137-152.
2.Каназава Т. Неорганические фосфатные материалы: Пер. с англ.- К.: Наукова думка, 1998. с 16-57.
3.Физическая энциклопедия/ Под ред. А. М. Прохорова. - М.: 1988.
4.B.Vaidhynathan, K. J. Rao, Rapid microwave assisted synthesis of hydroxyapatite// Mater. Sci, Vol 19, No 6. desember 1996 pp 1163-1165.
5.Siwaporn Meejoo, Weerakanya Maneeprakorn, Pongtip Winotai, Phase and thermal stability of nanocrystalline hydroxyapatite prepared via microwave heating// Thermochimica Acta 447 (2006) 115-120.
6.E. Lerner, S. Sarig , R. Azory, Enhanced maturation of hydroxyapatite from aqueous solutions using microwave irradiation// J. Mater. Sci. Mater. Med. 2 (1991) 138-141.
7.N. Rameshbabu, K. Prasad Rao, T. S. Sampath Kumar, Acclerated microwave processing of nanocrystalline hydroxyapatite// J. Mater. Sci. 40 (2005) 6319-6323.
8.Siddharthan, S.K. Sedshadri ,T.S. Sampath Kumar, Microwave accelerated synthesis of nanosized calcium de?cient hydroxyapatite// J. Mater. Sci. Mater. Med. 15 (2004) 1279 - 1284.
.K. J. Rao, B. Vaidhyanathan, M. Ganguli, and P. A. Ramakrishnan, Synthesis of Inorganic Solids Using Microwaves// Chem. Mater. 1999,