[发明专利]气相沉积原位反应制备碳纳米管/羟基磷灰石复合粉末的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管/羟基磷灰石复合粉末的制备方法。属于羟基磷灰石基复合材料的制备技术。

背景技术

羟基磷灰石(HA)是目前国际上公认的最具生物活性的硬组织植入材料之一，无毒、无致癌作用并具有良好的生物相容性，已被广泛应用在整形和整容外科、齿科、层析纯化、营养补钙等领域，但其较差的综合力学性能、低的弯曲强度及断裂韧性都大大限制了它的实际应用。在国际上，碳纳米管(CNTs)已被公认为是一种性能优异的结构材料，其封闭中空管状结构具有良好的稳定性，并且具有极小的尺度及优异的力学性能，理论估算其杨氏模量高达5TPa，强度约为钢的100倍而密度只有钢的1/6，是目前比强度和比刚度最高的材料，因此，CNTs作为一维纳米晶须增强材料在复合材料中具有重要的应用价值。目前，将CNTs应用于HA增韧、增塑主要采用机械共混法，即把HA粉末与CNTs机械混合得到CNTs/HA粉末后再压制成复合材料，该方法虽简单，但不能根本解决CNTs在HA基体中的分散及其与HA间的界面污染和浸润问题，这是发展CNTs/HA复合材料面临的首要难题。

发明内容

本发明目的在于提供一种气相沉积原位反应制备碳纳米管/羟基磷灰石复合粉末的方法，以该方法制备的CNTs/HA复合粉末可显著改善CNTs在HA中的分布状况，可获得具有CNTs分散均匀、CNTs-HA无界面污染和浸润性好的CNTs/HA复合粉末。

本发明是通过以下技术方案加以实现的，一种气相沉积原位反应制备碳纳米管/羟基磷灰石复合粉末的方法，其特征在于包括以下过程，

1)制备催化剂前驱体Fe₂O₃/Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂

将九水硝酸铁和HA粉末按质量比为(0.073-0.48)∶1的比例加入到去离子水中，配制成浓度为0.05mol/L含有HA的九水硝酸铁溶液，以氢氧化钠或氨水作沉淀剂，搅拌下滴加沉淀剂至溶液呈pH等于7，制得Fe/Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂质量比为(0.001-0.1)∶1的Fe(OH)₃/Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂二元胶体；将该二元胶体在150℃-300℃、氮气氛围下脱水，并在350℃-500℃温度下煅烧，得到Fe/Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂催化剂前驱体Fe₂O₃/Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂。

2)制备CNTs/HA复合粉末

将步骤1)制得的催化剂前驱体Fe₂O₃/Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂粉末铺在石英舟中，将石英舟置于反应管中部恒温区；通入氮气排除管内空气，然后升温至450-650℃；以25-400ml/min向反应器通入氢气，并保持1.5-4h，之后关闭氢气，以体积比为(1-12)∶1的氮气与甲烷的混合气，以300-900ml/min通入反应器，在400-650℃下进行催化裂解反应1-4h，之后停止混合气体进气，反应器在氮气氛围下冷至室温，得到CNTs/HA复合粉末。

本发明具有以下优点：

所用催化剂Fe为人体必须微量元素，对人体无毒害作用，从而省去碳纳米管纯化等工序，因此工艺过程简单；制得粉体中的CNTs质量好、纯度高，管径为10-30nm且尺寸均匀、内外径比为0.4-0.7；在制得的复合粉体中CNTs分散均匀，与HA间无界面污染、浸润性好，成为制备CNTs/HA复合材料的理想原材料；

附图说明

图1为本发明实例1所制得CNTs/HA复合粉末的SEM图。

图2为本发明实例1所制得的复合粉体中的CNTs的TEM图。

图3为本发明实例1所制得的复合粉体中的CNTs的HRTEM图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明，这些实施例只用于说明本发明，并不限制本发明。