碳纳米管增强锌基复合材料的制备与性能研究

发布时间：2021-03-19 17:11

　　与镁合金相比,锌合金具有良好的可加工性和适宜的降解性能,并且在降解过程中不会产生气体。而且,锌在骨组织的生长和矿化中起着重要的作用,被认为是一类新型的可降解生物植入材料。由于锌的电极电位介于镁、铁之间,锌具有更合适的降解速率,有望成为镁、铁可降解植入材料的替代品。本课题利用金属基复合材料的方法来改善纯锌的力学性能。本文以纯锌为基体,以多壁碳纳米管（MWCNTs）为增强材料,结合化学镀铜（Electroless copper coating）,放电等离子烧结（Spark plasma sintering,SPS）以及热轧技术制备CNTs/Zn复合材料。研究化学镀铜、烧结方式、不同CNTs含量对复合材料的微观结构、致密度、界面及力学性能的影响。评价复合材料的降解性能及细胞毒性。（1）预处理过程中CNTs表面形成了更多的亲水性基团-OH、-COOH,提高了CNTs的分散性。并且CNTs与CNTs表面的纳米镀铜层之间形成了紧密结合的界面。此外,CNTs表面缺陷的减少,提高了CNTs的完整程度。由O介导的C-O-Zn的键合为CNTs与锌基体之间的紧密结合提供了有利条件。铜包覆的CNTs/Zn复合... 

【文章来源】：贵州大学贵州省 211工程院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 可降解医用合金的研究现状
        1.2.1 可降解医用铁合金研究现状
        1.2.2 可降解医用镁合金研究现状
        1.2.3 可降解医用锌合金的研究现状
    1.3 碳纳米管在金属基复合材料中的应用
        1.3.1 碳纳米管的概述
        1.3.2 碳纳米管的性质
        1.3.3 碳纳米管在金属基复合材料中的应用
        1.3.4 镀铜碳纳米管对金属基复合材料微观结构及性能的影响
        1.3.5 碳纳米管增强金属基复合材料的制备方法
    1.4 课题研究目的和内容
第二章 实验材料与方法
    2.1 引言
    2.2 实验材料
    2.3 实验仪器
    2.4 CNTs/Zn复合材料的制备工艺
        2.4.1 成分设计
        2.4.2 球磨工艺
        2.4.3 烧结工艺
        2.4.4 轧制工艺
    2.5 CNTs/Zn复合材料的显微组织和结构表征
        2.5.1 致密度测试
        2.5.2 光学（OM）和扫描电镜（SEM）观察
        2.5.3 透射电镜（TEM）观察
    2.6 CNTs/Zn复合材料的力学性能测试
        2.6.1 硬度测试
        2.6.2 拉伸性能测试
        2.6.3 降解性能测试
        2.6.4 细胞毒性测试
第三章 CNTs表面化学镀铜
    3.1 引言
    3.2 CNTs化学镀铜原理
    3.3 CNTs化学镀铜工艺
        3.3.1 CNTs表面预处理
        3.3.2 镀液的成分
        3.3.3 化学镀铜
    3.4 酸化、镀铜处理对CNTs的结构及形貌影响
        3.4.1 CNTs的拉曼光谱分析
        3.4.2 CNTs的傅里叶光谱分析
        3.4.3 CNTs的 XPS分析
        3.4.4 CNTs的 XRD分析
        3.4.5 CNTs的形貌变化
    3.5 本章小结
第四章 CNTs/Zn复合材料微观结构及力学性能分析
    4.1 引言
    4.2 不同CNTs含量的CNTs/Zn复合粉末形貌分析
    4.3 烧结方式对CNTs/Zn复合材料显微组织及硬度的影响
        4.3.1 烧结工艺
        4.3.2 烧结试样的致密度
        4.3.3 烧结试样的金相组织
        4.3.4 烧结试样的硬度
    4.4 不同CNTs含量对CNTs/Zn复合材料微观结构的影响
        4.4.1 CNTs/Zn复合材料的金相组织分析
        4.4.2 CNTs/Zn复合材料的SEM形貌分析
        4.4.3 CNTs/Zn复合材料的TEM形貌分析
    4.5 镀铜与CNTs含量对CNTs/Zn复合材料的力学性能影响
        4.5.1 镀铜、CNTs含量对CNTs/Zn复合材料硬度的影响
        4.5.2 镀铜、CNTs含量对CNTs/Zn复合材料抗拉强度的影响
    4.6 镀铜、CNTs含量对CNTs/Zn复合材料位错密度的影响
    4.7 本章小结
第五章 CNTs/Zn复合材料的主要强化机制分析
    5.1 引言
    5.2 CNTs/Zn复合材料的主要强化机制分析
        5.2.1 O原子的分布及其对CNTs/Zn复合材料力学性能的影响
        5.2.2 载荷传递对CNTs/Zn复合材料力学性能的影响
        5.2.3 晶粒尺寸对CNTs/Zn复合材料力学性能的影响
    5.3 本章小结
第六章 CNTs/Zn复合材料的降解性能与细胞毒性评价
    6.1 引言
    6.2 CNTs/Zn复合材料的电化学性能研究
        6.2.1 CNTs/Zn复合材料的极化曲线
        6.2.2 CNTs/Zn复合材料的电化学阻抗谱
    6.3 细胞实验前期准备
        6.3.1 实验试剂
        6.3.2 浸提液制备
        6.3.3 PBS缓冲液的配制
        6.3.4 MTT溶液的配制
    6.4 细胞毒性测试
        6.4.1 细胞传代
        6.4.2 实验分组
        6.4.3 MTT法测细胞活性
        6.4.4 细胞毒性分析
    6.5 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 本文的主要结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]Mechanical properties, biodegradability and cytocompatibility of biodegradable Mg-Zn-Zr-Nd/Y alloys[J]. Shi Jin,Dan Zhang,Xiaopeng Lu,Yang Zhang,Lili Tan,Ying Liu,Qiang Wang.  Journal of Materials Science & Technology. 2020(12)
[2]模拟人体体液中放电等离子烧结生物医用Ti2448合金的腐蚀行为研究[J]. 刘万理,张玉勤,蒋业华,周荣.  热加工工艺. 2017(08)
[3]Surface Modification on Biodegradable Magnesium Alloys as Orthopedic Implant Materials to Improve the Bio-adaptability:A Review[J]. Peng Wan,Lili Tan,Ke Yang.  Journal of Materials Science & Technology. 2016(09)
[4]Implant biomaterials: A comprehensive review[J]. Monika Saini,Yashpal Singh,Pooja Arora,Vipin Arora,Krati Jain.  World Journal of Clinical Cases. 2015(01)
[5]Fe-Zn合金的粉末冶金法制备及其生物降解特性研究[J]. 王伟强,陆山,齐民.  功能材料. 2013(04)
[6]可生物降解性医用金属材料的研究进展[J]. 郑玉峰,刘彬,顾雪楠.  材料导报. 2009(01)

博士论文
[1]碳纳米管增强铝基复合材料的制备及组织性能研究[D]. 邓春锋.哈尔滨工业大学 2007

硕士论文
[1]碳纳米管增强铝基复合材料的制备与性能研究[D]. 戴荣荣.合肥工业大学 2014



本文编号：3089919