Материал: Микро- и наноструктурированные материалы. Репортаж из пятого измерения (Третьяков), 2008, c.182
Строение микросфер из диоксида титана (коммерческий препарат фирмы Degussa) после гидротермальной обработки и образования нанотрубок в каналах.
146
Нанокластеры платины на поверхности нанотрубок диоксида титана, синергетически действующих в качестве эффективного катализатора доокисления моноксида углерода.
147
«Наноодуванчики». Наноструктурированные кристаллиты оксида цинка, полученные гидротермальным методом. (сканирующая электронная микроскопия).
Эти «наноодуванчики» меньше своих природных собратьев в 50000 раз, и не растут в поле, а синтезируются гидротермальным методом из нитрата цинка и гексаметилентетраамина. Да и состоят они не из углерода, водорода, кислорода и азота, как обычные растения, а из оксида цинка. Толщина волосков этих «одуванчиков» составляет около 10-20 нанометров, поэтому материал, состоящий из них, имеет высокую удельную поверхность (>50 м2/г). Именно поэтому, несмотря на наличие большого количества дефектов структуры, и, следовательно, малое время жизни свободных носителей заряда, материал, состоящий из таких частиц обладает высокой фотокаталитической активностью. Таким образом, низкая степень кристалличности компенсируется очень высокой величиной удельной поверхности.
В обычной трубчатой печи при температурах 600-800°С в токе аргона и кислорода по реакции: Zn + O2 = ZnO может наблюдаться рост из газовой фазы других интересных наноструктурированных частиц ZnO – так называемых нанотетраподов.
148
«Нанотетраподы». Наноструктурированные кристаллиты оксида цинка, полученные при росте из газовой фазы. (сканирующая электронная микроскопия).
Нанотетраподы рассматриваются как перспективные материалы в многоканальных оптоэлектронных устройствах, в качестве щупов высокого разрешения. Они обладают исключительно высокими значениями полевой эмиссии и демонстрируют аномально высокую эмиссию в зеленой области спектра.
149
Делаем киборга
Основная черта нового тысячелетия – возрастающий интерес к увеличению качества и продолжительности человеческой жизни. Достижение подобной цели предполагает, в частности, создание материалов для искусственных органов и тканей.
имплантатов |
кости. |
Важнейшими |
параметрами |
биоматериалов являются |
|
состав, микроморфологические особенности порошковых прекурсоров, микроструктура керамики и цементов.
Синтез ГАП проводился по схеме:
10Ca(NO3)2+6(NH4)2HPO4+8NH4OH = Ca10(PO4)6(OH)2↓+20NH4NO3+6H2O. Было показано наследование керамикой агрегатной структуры порошкового прекурсора, исследованы кинетика и механизм роста зерен в керамике на основе гидроксилапатита (ГАП). Замещение малой части фосфатных групп (до 4 масс.%) гидроксилапатита на силикатные приводит к изменению морфологии полученных кристаллов, при получении керамики роль кремния сводится к подавлению роста зерен на ранних стадиях спекания.
Методом осаждения из водных растворов с использованием различных кальциевых солей (хлорида, нитрата, ацетата) были синтезированы порошки гидроксилапатита с различной микроморфологией (иглы, пластинки, равноосные частицы). Различия в размерах и форме кристаллов связаны с различной способностью анионов к адсорбции на поверхности или к анионному замещению в структуре ГАП.
Иерархические уровни организации костной ткани
Кристаллическая структура
гидроксилапатита
Наиболее масштабное производство связано с получением материалов для ортопедии. Костная ткань является композитом на основе нанокристаллического фосфата кальция и белка коллагена. Поэтому керамика и цементы на основе фосфатов кальция находят все большее применение в медицине в качестве материалов –
Образец биоцемента после механических испытаний
Синтез исходного порошка для получения цемента проводили по схеме:
CaCO3 + Ca2P2O7 = Ca3(PO4)2 + CO2 ↑
(1100-1300 oC), реакция цементирования заключалась во взаимодействиии: 3α-
Ca3(PO4)2 + H2O = Ca9(HPO4)(PO4)5OH.
Предварительное прессование цементной пасты (200 МПа 1 мин) позволило увеличить прочность цементов на сжатие в 5 раз до 120 МПа.
к.х.н. А.Г.Вересов, к.х.н. В.И.Путляев,
группа биокерамических материалов
150