碳納米材料的制備及其在磷酸鈣骨水泥中的應(yīng)用.pdf

1、磷酸鈣骨水泥(Calcium Phosphate Cement，CPC)是一種生物活性水泥、可降解性植入材料，具有快速固化、優(yōu)異的塑形能力和生物性能，然而較差的力學(xué)性能限制了其在骨修復(fù)和治療中的應(yīng)用。碳材料常被用作復(fù)合材料的增強(qiáng)相，一維結(jié)構(gòu)的碳納米管（Carbon Nanotubes，CNTs）和二維結(jié)構(gòu)的石墨烯亦是如此。然而，CNTs的團(tuán)聚使得其增強(qiáng)作用大大減弱，并增加了其生物毒性，未能體現(xiàn)出良好的生物相容性。所以將其改性或復(fù)合以降低

2、對(duì)生物體的傷害，并且在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步制備出有益于生物體生命健康的生物醫(yī)用材料勢(shì)在必行。
　　本論文以CNTs為原料，研究了CNTs網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（Carbon Nanotubes Network，CNTN）和還原氧化石墨烯-碳納米管(Reduced Graphene Oxide-Carbon Nanotubes，RGO-CNTs)復(fù)合材料的制備以及改善CPC性能的研究。
　　首先采用化學(xué)交聯(lián)法制備了CNTN。在以乙二胺(Ethy

3、lenediamine，EDA)為交聯(lián)劑制備CNTN時(shí)，研究了不同CNTs/EDA質(zhì)量體積比（2∶1、5∶1和10∶1）對(duì)CNTN的影響。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)充分的交聯(lián)反應(yīng)，隨著CNTs/EDA質(zhì)量體積比的減小，兩者之間的交聯(lián)會(huì)更加充分，形成的CNTN也更加明顯。然后又采用殼聚糖(Chitosan，CHIT)來(lái)修飾CNTs制備了CHIT體系的CNTN，并深入研究了不同分子量（Mw＜1萬(wàn)、Mw=1-5萬(wàn)和Mw=5-10萬(wàn)）的CHIT和戊二醛(G

4、lutaraldehyde，GA)的加入對(duì)CNTN的影響。隨著CHIT分子量的增加，附著在CNTs管壁上的CHIT層越厚，形成的CNTN中CNTs的管徑越粗，孔隙尺寸也隨之減小。GA的添加使得CNTN顆粒變得疏松，并且CNTs之間出現(xiàn)明顯的交聯(lián)。隨后，選擇了CHIT體系的CNTN制備了CNTN增強(qiáng)的CPC，同時(shí)以CNTs增強(qiáng)的CPC作為對(duì)照組，研究了CHIT體系的CNTN對(duì)CPC性能的影響，并深入研究了不同分子量CHIT制備的CNTN對(duì)

5、CPC性能的影響。結(jié)果表明，CHIT體系的CNTN不會(huì)影響CPC的物相組成;以CNTs/CPC為對(duì)照組，發(fā)現(xiàn)CNTN的加入會(huì)縮短CPC的凝固時(shí)間，增強(qiáng)CPC的親水性，能夠增強(qiáng)CPC的力學(xué)性能;隨著CNTN中CHIT分子量的增加，CNTN/CPC中羥基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)的含量逐漸提高、親水性下降、孔隙率降低并且力學(xué)性能逐漸增強(qiáng)。
　　然后，采用CVD法和自組裝制備了RGO-CNTs復(fù)合材料。以CVD制備RG

6、O-CNTs時(shí)，通過(guò)控制水熱反應(yīng)的溫度（140℃、160℃、180℃和200℃），制備了微觀形貌有所差異的含F(xiàn)e催化劑前驅(qū)體，這些催化劑前驅(qū)體經(jīng)過(guò)CVD后得到了產(chǎn)物RGO-CNTs。結(jié)果表明，水熱反應(yīng)溫度的變化會(huì)對(duì)前驅(qū)體的微觀形貌產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致前驅(qū)體燒結(jié)后制得的樣品中的成分產(chǎn)生差異。特別是在水熱反應(yīng)溫度為160℃和180℃時(shí)制備所得的前驅(qū)體在經(jīng)過(guò)CVD后，在GO中生長(zhǎng)出大量螺旋狀CNTs。同時(shí)，以自組裝法制備了RGO-CNTs，并深