Разработка биоматериала на основе нанокомпозита ГАП/TiOy с разной стехиометрией

С.В. Ремпель1,2, А.А. Валеева1,2, Е.А. Богданова1, Н.А. Сабирзянов1
1Институт химии твёрдого тела УрО РАН, Первомайская 91, Екатеринбург, 620990
2Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Мира 19, Екатеринбург, 620002
Аннотация
В настоящее время активно разрабатываются композиционные материалы на основе биоактивного и биорезорбируемого гидроксиапатита (ГАП). Для улучшения механических свойств ГАП применяются различные добавки, в частности, титан, цирконий и т. д. В данной работе методом низкотемпературного отжига в вакууме получен дисперсионно-упрочнённый композиционный материал на основе нанокристаллических ГАП и монооксида титана (TiOy, y=0.92, 1.23). В качестве добавки был использован монооксид титана с разным массовым содержанием и стехиометрией (10 или 20 масс. % достехиометрического TiO0.92 или сверхстехиометрического TiO1.23). Для получения нанокристаллических порошков и смешивания исходных компонентов была использована планетарная шаровая мельница. Согласно результатам растровой электронной микроскопии (РЭМ) такой способ позволяет уже при механическом смешивании наночастиц исходных компонентов получить более плотный материал с формой частиц, облегчающей холодное прессование и спекание. Установлено, что введение в ГАП добавки TiOy приводит к понижению начальной температуры упрочнения композиционного материала на 200-250 оС. Фазовый состав и свойства конечной керамики (микротвердость, плотность) зависят от стехиометрии и содержания добавок. Методом рентгеновской дифракции в композиционном материале ГАП/20 масс. % TiO0.92 обнаружены фазы Ti4.5O5 и Ti6O11. Фаза Ti4.5O5 является упорядоченной и более стабильной по сравнению с другими фазами системы Ti-O, а фаза Ti6O11 отличается наличием кристаллографических плоскостей легкого скольжения. Наличие таких фаз положительно сказывается на механических свойствах материала. Согласно данным РЭМ, БЭТ и данным по микротвердости, полученные композиты являются нанодисперсными и превосходят ГАП без добавок по плотности и микротвердости.
Получена: 01 февраля 2017   Исправлена: 26 апреля 2017   Принята: 11 мая 2017
Просмотры: 25   Загрузки: 10
Ссылки
1.
C. Bergmann, M. Lindner, W. Zhang, et al. Journal of the European Ceramic Society. 30 (12), 2563 – 2567 (2010).
2.
C. Ergun, Z. Evis, T. J. Webster, F. C. Sahin. Ceramics International. 37, 971 – 977 (2011).
3.
S. Ramesh, C. Y. Tanb, M. Hamdib, et al. International Conference on Smart Materials and Nanotechnology in Engineering. 6423 (64233A), 1 – 6 (2007).
4.
S. Bose, S. Vahabzadeh, A. Bandyopadhyay. Materials Today. 16 (12), 496 – 504 (2013).
5.
M. Tsukada, M. Wakamura, N. Yoshida, T. Watanabe. Journal of Molecular Catalysis A. 338, 18 – 23 (2011).
6.
Wakamura M., Hashimoto K., Watanabe T. Langmuir. 19 (8), 3428 – 3431 (2003).
7.
M. Okada, T. Matsumoto. Japanese Dental Science Review 51, 85 – 95 (2015).
8.
M. Okada, T. Furuzono. Sci. Technol. Adv. Mater. 13 (064103), 1 – 14 (2012).
9.
S. P. Yatsenko, N. А. Sabirzyanov, RF Patent No. 2104924, application 96120482 / 25, 07.10.1996, published 20.02.1998. [С. П. Яценко, Н. А. Сабирзянов. Способ получения гидроксиапатита. Патент РФ № 2104924, заявка 96120482 / 25, 07.10.1996, опубл. 20.02.1998].
10.
A. A. Valeeva, A. A. Rempel, A. I. Gusev. Inorganic materials 37, 603 – 612 (2001) [A. А. Валеева, А. А. Ремпель, А. И. Гусев, Неорганические материалы, 37 (6), 716 – 727 (2001)].
11.
A. A. Valeeva, S. Z. Nazarova, A. A. Rempel, Physics of the Solid State. 58 (4), 771 – 778 (2016). [А. А. Валеева, С. З. Назарова, А. А. Ремпель. ФТТ.58 (4), 747 – 753 (2016)].
12.
S. М. Barinov, V. S. Komlev. Nauka. Moscow. 2005, p. 204 [С. М. Баринов, Комлев В. С. М.: Наука, 2005. 204 c.]
13.
S. М. Barinov. Russ Chem. Rev. 79 (1), 15 – 50 (2010) [Баринов С. М. Успехи химии. 79 (1), 15 – 50 (2010)].
14.
A. Farzin, M. Ahmadian, M. H. Fathi. Materials Science and Engineering C. 33 2251 – 2257 (2013).
15.
V. P. Orlovskii, S. P. Ionov. Zhurnal Neorganicheskoi Khimii. 40 (12), 1961 – 1965 (1995). [В. П. Орловский, С. П. Ионов Ж. неорг. химии. 40 (12). 1961 – 1965 (1995)).
16.
T. Nakano, K. Kaibara, et al., Materials Transactions. 43 (12), 3105 – 3111 (2002).
17.
D. Mondal, L. Nguyen, IH Oh, BT Lee. J Biomed Mater Res A. 101, (5), 1489 – 1501 (2013).