钛酸盐/TiO2复合纳米管阵列结构的制备及性能研究

摘要

钛酸盐/TiO2复合纳米管结构具有良好的物理化学性能和生物相容性,在能源和环境科学、生物材料、光电化学等领域拥有广泛的应用前景。本论文以钛基底上的非晶TiO2纳米管为模板,采用水热法合成钛酸盐/TiO2复合纳米管阵列结构,对其合成机理进行了系统的研究,并对TiO2、钛酸锶、钛酸锌纳米管阵列结构的生物活性和成骨性能进行了系统的研究。主要研究结果包括以下四个方面:
　　 (1)利用电化学阳极氧化法在钛基底上制备了非晶TiO2纳米管,以其为模板,在纯水的溶液中水热处理得到了TiO2纳米颗粒与纳米管的复合结构及由TiO2纳米颗粒组成的TiO2纳米棒结构,系统研究了它们的光催化活性及光电化学性能。揭示了非晶的TiO2纳米管转化为TiO2纳米颗粒与纳米管的复合结构及TiO2纳米棒结构的合成机理,为合成钛酸盐与二氧化钛复合结构的纳米管阵列结构提供了的前期理论基础。
　　 (2)根据(1)提供的理论基础,我们利用非晶的TiO2纳米管为模板,在Sr(OH)2,Ba(OH)2,Ca(OH)2的碱性溶液中水热,合成了钛酸锶,钛酸钡,钛酸钙与二氧化钛复合纳米管阵列结构,在MAc2(M=Zn,Ni,Co)的非碱性溶液中水热,合成了钛酸锌,钛酸镍,钛酸钴与二氧化钛复合纳米管阵列结构,并研究了其合成机理。
　　 (3)钛酸锶与二氧化钛复合纳米管阵列结构的生物活性。利用不同阳极氧化电压制备的非晶TiO2纳米管为模板,在0.02 mol/L的Sr(OH)2溶液中200℃水热不同时间获得不同纳米管形貌及不同Sr含量的钛酸锶与二氧化钛复合纳米管阵列结构。系统研究了间质骨髓干细胞在表面的生长情况,其研究发现在10V电压下制备的TiO2纳米管,在Sr(OH)2溶液中水热处理3h得到钛酸锶与二氧化钛复合纳米管阵列结构,能促进间质骨髓干细胞在其表面黏附,增殖,分化为成骨细胞,并促进其表面成骨,表现出最佳的生物活性。该材料在医用钛植入体材料以及干细胞研究中具有潜在的应用价值。
　　 (4)钛酸锌与二氧化钛复合纳米管阵列结构的抗菌性能和生物活性。利用钛基底上非晶的TiO2纳米管为模板,在0.1 mol/L的Zn(AC)2的溶液中200℃水热不同时间获得不同Zn含量的钛酸锌与TiO2的复合纳米管阵列结构。其研究发现TiO2纳米管在Zn(AC)2的溶液中水热3小时的样品具有良好的抗菌性能,但对细胞不产生毒性,不影响成骨细胞在其表面的增殖,并且能促进碱性磷酸酶(ALP)的基因表达,表现出良好的生物活性和抗菌性能。该材料在医用钛植入体材料中同样具有潜在的应用价值。