纳米羟基磷灰石水热可控合成及液晶相变研究

发布时间：2017-05-08 08:05

  本文关键词：纳米羟基磷灰石水热可控合成及液晶相变研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在材料学领域,纳米单元形成有序排列往往具有惊人的光学或力学性能。天然骨骼就是这种纳米复合材料,由磷灰石纳米晶体呈现高度有序堆积结构,具有优异的力学和生物学性能。为了模拟天然骨的特性,已经展开了许多以聚合物为基质的羟基磷灰石纳米复合材料的研究。然而,一些问题限制了纳米复合材料达到理想的力学性能,比如如何实现纳米颗粒在聚合物基质中的均匀分散,如何实现纳米颗粒在聚合物基质中的有序排列,如何提高颗粒和聚合物界面的结合强度等。无机胶态液晶中纳米颗粒的三维有序排布与天然骨骼中的羟基磷灰石取向结构具有很大的相似性。目前尚无羟基磷灰石无机液晶的报道。文中首先系统研究了以柠檬酸钠为辅助剂的羟基磷灰石纳米晶体的水热合成及胶体分散性评价,通过调控实验参数包括柠檬酸钠与钙盐的摩尔比、水热温度、水热时间、pH值等,成功制备得到高长径比,稳定性好,结晶度高的羟基磷灰石纳米棒。当分散液的浓度超过临界胶束浓度,首次观察到了液晶相变。由于柠檬酸根离子能与很多金属离子发生络合作用,将这种方法推广到其它无机纳米颗粒中,如在Mg(OH)2和Mg3(PO4)2纳米片中也成功实现了液晶相变。其次,我们改进了LSS(Liquid-Solution-Solid)水热合成方法,在低温常压下一次性合成5克级的油溶性羟基磷灰石纳米颗粒。将这些颗粒分散在非极性溶剂中也首次成功实现了液晶相变。此外,研究还发现在酸性的前驱体环境中能够形成针状的羟基磷灰石纳米晶体,这主要归因于无定型磷酸钙的形成。最后,基于前期水热合成的羟基磷灰石纳米棒具有良好分散性的启发,我们采用了水热法在柠檬酸钠辅助下制备得到水溶性的Eu3+掺杂羟基磷灰石纳米棒,长度为50~80 nm,直径为10~30 nm。纳米棒的分散液在自然光下呈轻微的蓝白色,在254 nm紫外灯下呈鲜艳的红色,zeta电位为-35 mV,水化直径为124 nm,放置数月后仍保持稳定性。具有这些特性的颗粒分散液可以作为打印墨水来实现隐形打印,为机密信息的存储和防伪技术的应用奠定基础。总之,本论文通过对羟基磷灰石纳米颗粒的控制生长,首次在水相和非极性溶剂中实现了液晶相变。此外,通过Eu3+掺杂制备具有良好稳定性的羟基磷灰石纳米荧光颗粒。这些发现不仅会对生物材料、药物载体和细胞成像具有重要意义,而且有利于促进无机液晶合成策略的发展。
【关键词】：羟基磷灰石 无机液晶 相转变 胶体稳定性 控制生长
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O753.2;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 引言11-20
• 1.1 绪论11
• 1.2 羟基磷灰石纳米颗粒的研究11-15
• 1.2.1 纳米羟基磷灰石的组成与结构11-12
• 1.2.2 纳米羟基磷灰石的制备方法12-14
• 1.2.2.1 水热合成法12-13
• 1.2.2.2 化学沉淀法13
• 1.2.2.3 溶胶13
• 1.2.2.4 微乳液法13-14
• 1.2.3 纳米羟基磷灰石的应用14-15
• 1.2.3.1 在骨修复方面的应用14
• 1.2.3.2 在药物载体方面的应用14-15
• 1.2.3.3 在荧光标记方面的应用15
• 1.2.3.4 在吸附分离方面的应用15
• 1.3 无机液晶的研究15-19
• 1.3.1 液晶的定义与分类15-16
• 1.3.2 无机液晶的研究进展16-19
• 1.3.2.1 无机液晶制备的研究16-17
• 1.3.2.2 无机液晶理论体系的研究17
• 1.3.2.3 无机液晶应用的研究17-19
• 1.4 本课题的研究目的与内容19-20
• 第2章 羟基磷灰石水相纳米颗粒的制备及水相无机液晶的研究20-47
• 2.1 前言20-21
• 2.2 实验部分21-23
• 2.2.1 实验试剂和仪器21
• 2.2.2 制备方法21-22
• 2.2.2.1 羟基磷灰石纳米棒的制备21-22
• 2.2.2.2 羟基磷灰石水相无机液晶的制备22
• 2.2.3 表征手段22-23
• 2.3 结果与讨论23-46
• 2.3.1 柠檬酸钠与钙盐摩尔比对制备的羟基磷灰石纳米棒的影响23-28
• 2.3.1.1 样品的X23-24
• 2.3.1.2 样品的透射电镜分析(TEM)24-26
• 2.3.1.3 样品的胶体稳定性分析26-27
• 2.3.1.4 样品的红外和热重分析27-28
• 2.3.2 水热温度对制备的羟基磷灰石纳米棒的影响28-33
• 2.3.2.1 样品的X28-29
• 2.3.2.2 样品的透射电镜分析(TEM)29-31
• 2.3.2.3 样品的胶体稳定性分析31-33
• 2.3.3 水热时间对制备的羟基磷灰石纳米棒的影响33-37
• 2.3.3.1 样品的X33
• 2.3.3.2 样品的透射电镜分析(TEM)33-35
• 2.3.3.3 样品的胶体稳定性分析35-37
• 2.3.4 pH值对制备的羟基磷灰石纳米棒的影响37-38
• 2.3.5 羟基磷灰石水相无机液晶的制备研究38-44
• 2.3.5.1 羟基磷灰石样品的形貌和物性分析38-39
• 2.3.5.2 不同盐浓度下样品的显微镜照片和无机液晶相图39-43
• 2.3.5.3 不同盐浓度下样品的zeta电位和粒径分布43-44
• 2.3.5.4 羟基磷灰石液晶样品的扫描电镜分析(SEM)44
• 2.3.6 其他颗粒水相无机液晶的制备研究44-46
• 2.4 本章小结46-47
• 第3章 羟基磷灰石油相纳米颗粒的制备及油相无机液晶的研究47-63
• 3.1 前言47-48
• 3.2 实验部分48-50
• 3.2.1 实验试剂和仪器48-49
• 3.2.2 制备方法49
• 3.2.2.1 羟基磷灰石纳米颗粒的制备49
• 3.2.2.2 羟基磷灰石油相无机液晶的制备49
• 3.2.3 表征手段49-50
• 3.3 结果与讨论50-62
• 3.3.1 油酸与钙盐摩尔比对制备的羟基磷灰石纳米颗粒的影响50-52
• 3.3.1.1 样品的透射电镜分析(TEM)50-51
• 3.3.1.2 样品的X51-52
• 3.3.2 油酸与乙二胺摩尔比对制备的羟基磷灰石纳米颗粒的影响52-54
• 3.3.2.1 样品的透射电镜分析(TEM)52-53
• 3.3.2.2 样品的X53-54
• 3.3.3 反应时间对制备的羟基磷灰石纳米颗粒的影响54-57
• 3.3.3.1 样品的透射电镜分析(TEM)54-55
• 3.3.3.2 样品的X55-56
• 3.3.3.3 样品的红外和热重分析56-57
• 3.3.4 羟基磷灰石油相无机液晶的制备研究57-62
• 3.3.4.1 样品的形貌和物性分析57-58
• 3.3.4.2 样品的偏光显微镜照片58-59
• 3.3.4.3 样品的扫描电镜分析(SEM)59-60
• 3.3.4.4 样品的原子力显微镜分析(AFM)60-61
• 3.3.4.5 样品的小角X射线散射分析(SAXS)61-62
• 3.4 本章小结62-63
• 第4章 羟基磷灰石水相纳米颗粒荧光打印方面的应用63-73
• 4.1 前言63
• 4.2 实验部分63-65
• 4.2.1 实验试剂和仪器63-64
• 4.2.2 制备方法64-65
• 4.2.2.1 羟基磷灰石水相纳米颗粒的制备64-65
• 4.2.2.2 羟基磷灰石水相纳米颗粒荧光打印样品的制备65
• 4.2.3 表征手段65
• 4.3 结果与讨论65-72
• 4.3.1 Eu~(3+)的掺杂量对羟基磷灰石纳米棒结晶度的影响65-66
• 4.3.2 Eu~(3+)的掺杂量对羟基磷灰石纳米棒形貌的影响66-67
• 4.3.3 pH值对羟基磷灰石纳米棒分散体系胶体稳定性的影响67-69
• 4.3.4 Eu~(3+)的掺杂量对羟基磷灰石分散体系胶体稳定性的影响69
• 4.3.5 Eu~(3+)的掺杂量对羟基磷灰石分散体系荧光强度的影响69-70
• 4.3.6Eu~(3+)掺杂羟基磷灰石纳米棒分散液为油墨的打印研究70-72
• 4.4 本章小结72-73
• 第5章 全文总结73-74
• 参考文献74-81
• 致谢81-82
• 附录 研究生期间发表论文情况82-83

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