Микроволновый синтез гидроксилапатита
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
ВВЕДЕНИЕ
Гидроксилапатит (ГА) является основным неорганическим компонентом твердых тканей человека, таких как кости, зубы, и т.д. Благодаря высокой биоактивности, керамические материалы на основе ГА широко используются в медицине в различных формах: гранулы, блоки, покрытия металлических имплантатов. Функциональные свойства керамики на основе ГА зависят от многих факторов. Определяющими из них являются характеристики исходного порошка ГА [1].
Последние исследования показали, что минеральный компонент костной ткани состоит преимущественно из кальций-дефицитного, а не из стехиометрического ГА. Поэтому желательно, что бы исходный порошок для получения керамики так же представлял собой кальций-дефицитный гидроксилапатит. Кальций-дефицитный гидроксилапатит (КДГА) представляет собой фосфат кальция с соотношением Са/Р изменяющимся от 1,5 до 1,67. КДГА быстрее растворяются в телесной жидкости, и имеет большую площадь удельной поверхности по сравнению с ГА. Для медицинского использования интерес вызывает также ?-ТСР, в который превращается КДГА в случае, когда х=1,5. Нанокристаллический порошок КДГА представляет собой весьма перспективный материал для получения керамики. Поэтому получение КДГА и изучение его термостабильности является актуальной научной проблемой.
Наиболее распространёнными методами получения КДГА являются методы химического осаждения из водных растворов. Они обладают рядом существенных недостатков, главные из которых длительность процесса, значительное количество примесей, нестабильность и плохая воспроизводимость получаемого состава [2]. Поэтому продолжаются поиски методов синтеза ГА свободных от этих недостатков. Одним из них является недавнопредложенный твердофазный синтез ГА под воздействием микроволнового излучения.
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ: МИКРОВОЛНОВЫЙ СИНТЕЗ ГИДРОКСИЛАПАТИТА
1.1 Общие сведенья о микроволновом излучении
Микроволновое, или сверхвысокочастотное (СВЧ), излучение - это электромагнитные волны длиной от одного миллиметра до одного метра(от 30 ГГц до 0,03 ГГц соответственно). Диапазон волн микроволнового излучения лежит между длинами волн инфракрасного света и радиоволнами (см. рис. 1.). Микроволновое излучение используются в микроволновых печах, радиолокации, радионавигации, системах спутникового телевидения, сотовой телефонии и т.д. Микроволны существуют в природе [3], их испускает Солнце.
Кухонные и промышленные микроволновые печи работают на частоте 2,45 ГГц. Эта частота была выбрана как оптимальная по скорости нагрева воды, которой больше всего содержится в продуктах питания и остается неизменной во всех печах, чтобы избежать интерференции с радарными и телекоммуникационными системами. На зависимости эффективности нагрева воды эта точка расположена на спаде кривой (см. рис. 2.).
Давно известно, что разные материалы можно нагревать с помощью СВЧ электромагнитных волн. Это нагревание является следствием взаимодействия электрической компоненты электромагнитной волны с заряженными или полярными частицами. В электрическом поле такие частицы упорядочиваются, и если поле асцилирует, то их ориентация изменяется с каждой асциляцией. А теперь вспомним, что частота микроволн 2450 Мгц. Один герц - это одно колебание в секунду, мегагерц - один миллион колебаний в секунду. За один период волны поле меняет свое направление дважды. Значит, поле, в котором находятся полярные частицы, меняет полярность 4 900 000 000 раз в секунду. Под действием микроволнового излучения молекулы кувыркаются с бешеной частотой и в буквальном смысле трутся одна о другую при переворотах.
Рис.1. Шкала электромагнитного излучения
Рис. 2. зависимость скорости нагрева воды от частоты микроволнового излучения
Так, переориентации частиц в фазе, активируемые переменным электрическим полем, вызывают очень быстрое нагревание вещества, что выгодно отличает микроволновое нагревание от традиционного.
Существует два основных механизма взаимодействия микроволнового излучения с веществом. Если в конденсированной фазе существуют свободные заряженные частицы, то они будут двигаться в соответствии с изменением электрического поля, создавая электрический ток. Такая ситуация характерна для металлов, графита, где в качестве подвижных заряженных частиц выступают электроны, и для растворов электролитов, где ионы являются носителями заряда. Если фаза содержит полярные молекулы, то они будут ориентироваться в приложенном электрическом поле и переориентироваться при его асциляциях. Такое движение и соударения молекул в конденсированной фазе и обуславливает нагревание. Таким образом, микроволновое нагревание, в отличие от традиционного является как бы нагреванием изнутри. Другим свойством микроволнового нагревания является то, что оно не затрагивает неполярные молекулы и такие материалы как кварц, керамика и стекло, не содержащие воду, тефлон, полиэтилен, алканы и др. остаются холодными при облучении.
Неоспоримые преимущества микроволнового нагревания по сравнению с традиционным привели к тому, что микроволновое излучение стало незаменимо не только в бытовых целях. Оно также оказалось чрезвычайно полезным для научных исследований. Особенно активно новый способ нагревания начали использовать там, где обычные методы термической обработки не могли дать требуемых результатов. В частности синтез ГА, который ранее представлял собой достато?/p>