TiO2纳米管阵列在模拟体液中诱导nHA沉积行为的研究

采用电化学阳极氧化法在钛金属表面制备了具有不同管径尺寸的TiO2纳米管阵列(TiO2nanotubearray,TNT)涂层。实验中通过模拟体液(simulatedbody fluid,SBF)浸泡法制备了纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite,nHA)/TNT复合涂层,并研究了nHA在纳米管表面生成的过程和机理。Ti—OH基团是HA在TNT表面成核的诱因,TiO2与HA晶体构成的晶格匹配结构能够促进HA的成核速率,锐钛矿和金红石混合相的TNT涂层诱导nHA生成的能力明显强于无定型的TNT涂层。涂层的润湿性受控于纳米管的管径尺寸,并能够影响nHA形成的速率,增强纳米管的亲水性有利于HA的沉积。     

大管径TiO_2纳米管的制备及其光解水性能研究

采用阳极氧化法制备小管径(20~300 nm)的TiO2纳米管已经有很多报道,但大管径的TiO2纳米管的制备还是一个挑战。为制备大管径的TiO2纳米管,研究了高水含量的电解液对纳米管管径的影响。结果表明,纳米管的管径随水含量的增加而增加(8%~12%(体积分数)),而水含量增加到13%(体积分数)时,无法得到规则的纳米管,进一步增加水含量到20%(体积分数),只能得到致密的TiO2薄膜。此外,在含有0.3%(质量分数)NH4F和12%(体积分数)H2O的乙二醇电解液中,研究了不同氧化电压对纳米管管径的影响。结果表明,在170 V氧化电压下制备的TiO2纳米管的管径可达到600 nm。纳米管的光解水性能测试结果表明,管径的增大有利于提高TiO2纳米管的光解水性能。     

TiO2纳米管表面蛋白质-羟基磷灰石复合涂层及其结合强度

采用阳极氧化法在钛表面制备不同管径的TiO2纳米管,450℃热处理后经牛血清白蛋白(BSA)与钙磷的共沉积得到载有BSA的羟基磷灰石(HA)涂层.经检测发现,170nm管径的TiO2表面比100和50nm管径的表面具备更好的矿化能力,HA的形成能力随管径的增大而提高.大管径表面得到的涂层结合强度高于小管径的,可达16.95MPa.经过真空预矿化的试样,涂层结合强度明显高于未经过预矿化的试样,且HA涂层生长速率加快.BSA与磷酸钙在真空预矿化后共沉积到氧化钛纳米管表面,短时期内形成BSA-HA涂层,是在钛基生物材料表面制备生物活性涂层的有效方法.     

TiO2纳米管晶型对钛生物活性的影响

利用阳极氧化法在HF电解液体系中制备了高有序TiO2纳米管。样品分别在400和600℃下热处理后,得到锐钛矿和金红石两种晶型的TiO2纳米管。对样品进行了表征,将样品浸泡于模拟体液中,观察表面HA沉积情况,并进行体外细胞毒性实验以探讨样品的生物相容性。结果发现,400和600℃退火处理的纳米管样品生物活性高于未退火处理样品,400℃退火处理纳米管活性高于600℃退火处理纳米管。由于不同后处理条件下制备的纳米管形貌相似,仅为晶型不同,故推断出锐钛矿型TiO2生物活性最好,金红石型TiO2次之,无定型TiO2生物活性相对最差。     

晶粒取向及氧化电压对阳极氧化Ta_2O_5纳米管形貌的影响

以(110)和(111)取向单晶钽片为原材料在体积比为9:1的浓H_2SO_4和HF电解液中保持电压为30 V阳极氧化1 min制备Ta_2O_5纳米管。对比在(110)和(111)取向单晶上制备的Ta_2O_5纳米管的扫描电子显微镜(SEM)图像,研究晶粒取向对阳极氧化Ta_2O_5纳米管形貌的影响。在相同电解液体系下将两种不同取向单晶分别在电压为5 V、15 V、25 V、35 V的条件下氧化30 s,研究氧化电压对Ta_2O_5纳米管形貌的影响。研究结果表明:(111)取向更有利于Ta_2O_5纳米管的生长其管长约为6.28μm,Ta_2O_5纳米管的顶部抱团成簇纳米管外部粗糙似竹节;(1 10)取向制备的Ta_2O_5纳米管开口好外管壁光滑,管长约为3.71μm;Ta_2O_5纳米管的管长及管径与氧化电压呈正相关,且(111)单晶生长的Ta_2O_5纳米管管长及管径大于(110)单晶生长的纳米管。Ta_2O_5纳米管的生长具有取向相关性,主要受原子排列密度的影响,原子排列密度越大,其纳米管的生长速率越小,故Ta_2O_5纳米管管长越短,管径越小。     

掺杂TiO_2纳米管的润湿性能与体外生物活性(英文)

以低模量钛合金(Ti35Nb和Ti35Nb15Zr)为阳极氧化基材,采用表面阳极氧化方法制备出铌元素和锆元素掺杂的非晶TiO2纳米管阵列,比较了掺杂前后纳米管的润湿性能与体外生物活性.实验结果表明,加入铌和锆元素可减小TiO2纳米管的管径,并有助于增大TiO2纳米管的长度.TiO2纳米管表现出与未氧化前的金属基材所不同的疏水行为.掺杂TiO2纳米管的润湿性随着掺杂元素的变化而变化,铌元素的掺杂可使TiO2纳米管的润湿性改善,铌元素和锆元素共同掺杂对润湿性的改善作用更明显.在模拟体液(SBF)中浸泡后,掺杂TiO2纳米管可快速诱导磷灰石的形成.铌锆元素共同掺杂的纳米管在初始浸泡阶段呈现较快的磷灰石沉积速率.上述研究结果表明,可以通过基材合金化设计来调控或修饰材料表面的亲水或疏水性能,从而探索掺杂TiO2纳米管的生物学性能。     

甘油/DMF混合体系中TiO2纳米管阵列的制备及表征

采用电化学阳极氧化法,以甘油/DMF混合溶液为电解质,在纯钛表面制备了一层排列紧密、结构规整的TiO2纳米管阵列。讨论了氧化电压、电解液中DMF比例、电解液中水含量和电解液重复使用对TiO2纳米管阵列形貌的影响,并且从阳极氧化过程中电流-时间曲线出发分析了混合体系中阳极氧化的形成特征。研究表明,氧化电压越高所制备的纳米管管径越大,但是管长与氧化电压之间不呈线性关系;电解液中DMF比例增加不利于纳米管形成;电解液中水含量越高,纳米管管径越大,表面的覆盖物越多,最佳的水含量为1%(体积分数)。经450℃热处理2h后TiO2纳米管阵列的结构由无定形转变为锐钛矿型。     

不同阳极氧化条件下TiO_2纳米管阵列的制备及表征

分别在三种不同的电解液中,以钛为基体采用阳极氧化的方法制备了TiO2纳米管阵列薄膜,用SEM观察纳米管阵列薄膜的形貌、测量纳米管管径大小;用XRD、拉曼光谱检测TiO2纳米管阵列薄膜热处理前后的晶型.结果表明:不同的电解液体系和氧化电压下得到的纳米管形貌各不相同.在0.24wt%HF水溶液中得到的TiO2纳米管排列整齐,管径为110nm;在0.5wt%NaF+2.7wt%Na2SO4水溶液和0.88wt%NH4F的丙三醇-水(体积比1:1)混合溶液中得到的纳米管排列不规整,管径为100nm;在0.24wt%HF条件下生成的TiO2纳米管管径与氧化电压成线性关系:d=k×U+b,其中,系数k=5.2nm/V,b=2.2nm,0≤U≤25V.经450℃热处理2h后TiO2纳米管结构由无定形态转变为锐钛矿.     

碱热处理对钛表面生物活性的影响

利用碱热法处理钛表面,部分样品加热到450和700℃进行热处理,获得不同形貌和不同晶型的TiO2薄膜。实验得出,未经热处理的样品表面以非晶态钛凝胶层为主,450℃热处理样品主要以锐钛矿相TiO2存在,700℃热处理样品主要以金红石相TiO2出现。700℃热处理后的样品表面分布有大量50nm左右的纳米颗粒,这些纳米粒子的尺寸效应能较好地诱导HA在样品表面沉积形成,提高细胞的黏附和增殖,因此表现出较高的生物活性。450℃热处理后的样品表面相对于未处理样品有更多的HA沉积,是因为表面层的晶型起了主要作用,即锐钛矿TiO2晶体比无定型凝胶态TiO2更利于诱导HA沉积。但相对于未经任何处理的空白样品,仅用NaOH处理后的样品表面较利于HA沉积,可能是碱处理后钛表面羟基增加,进而提高了其诱导HA沉积的能力。     

ZnO纳米棒为模板的TiO2纳米管制备及其场发射性能研究

以水热法生长ZnO纳米棒阵列为模板,利用液相沉积法成功制备了TiO2纳米管阵列,并系统研究了液相沉积液浓度和沉积时间对ZnO纳米棒的溶解情况,以及所制备TiO2纳米管阵列的场发射性能。实验结果表明:硼酸浓度越大、沉积时间越长,对ZnO纳米棒的溶解作用越明显,因而越不利于TiO2纳米管的制备。利用该种方法制备的TiO2纳米管长径比和致密性可通过ZnO纳米棒的水热生长条件来控制,本实验制备的TiO2纳米管具有优异的场发射性能,其开启场强为4.60 V/μm,场增强因子为10239。