[发明专利]一种Ca和Si共掺杂的TiO2膜

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术和生物材料技术领域，具体涉及一种Ca和Si共掺杂的TiO₂膜。

背景技术

钛及钛合金具有高的比强度、生物相容性和耐腐蚀性，其应用领域十分广阔。目前，钛及钛合金由于具有良好的生物相容性，与人骨强度相近且密度轻，可作为钛及钛合金骨夹板等植入体，用于人体硬组织损伤的修复。

钛基体或钛合金基体通过阳极氧化在其表面生成一层致密或多孔的钛氧化物膜层，由于该膜层可以提高钛及钛合金的生物相容性，已经成为当前的研究热点。此外，钛基体或钛合金基体表面获得的TiO₂膜层，有效地提高了钛及钛合金的强度，增加了钛及钛合金的耐磨和耐蚀性。

钛基体或钛合金基体的表面采用阳极氧化一般只能获得TiO₂膜层，尤其是适用于生物植入体应用，而对于改性的TiO₂膜层的研究则比较少，目前只有少数文献研究了微弧氧化法制备Ca掺杂TiO₂膜，以提高膜的生物相容性。因此，研发一种即具有良好生物相容性又具有高强度的功能性TiO₂膜对于钛和钛合金的应用具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种Ca和Si共掺杂的TiO₂膜。该Ca和Si共掺杂的TiO₂膜的硬度达到700HV以上，具有良好的耐磨性和高的抗腐蚀性，同时该Ca和Si共掺杂的TiO₂膜表面亲水性好，有优良的生物活性，可应用于人体硬组织损伤的修复。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种Ca和Si共掺杂的TiO₂膜，其特征在于，所述Ca和Si共掺杂的TiO₂膜中Ca的原子百分含量为0.4％～0.8％，Si的原子百分含量为2.0％～3.0％，所述Ca和Si共掺杂的TiO₂膜与水的接触角小于28°；所述Ca和Si共掺杂的TiO₂膜的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将基体依次用280目、600目和1200目碳化硅砂纸打磨光亮，然后依次采用乙醇和丙酮清洗并烘干；所述基体为钛基体或钛合金基体；

步骤二、将步骤一中烘干后的基体作为阳极，铂片作为阴极，然后将基体和铂片同时置于电解液中，在电压为20V～80V，电解液温度为10℃～30℃的条件下阳极氧化处理0.5h～8h，得到Ca和Si共掺杂的TiO₂膜；每升所述电解液中含有5g～20g草酸钠，3g～8g磷酸二氢钠，1g～3g硅酸钠和3g～8g氢氧化钙，余量为水；或者每升所述电解液中含有5g～20g草酸钠，0.5g～2g氟化铵，1g～3g硅酸钠和3g～8g氢氧化钙，余量为水。

上述的一种Ca和Si共掺杂的TiO₂膜，其特征在于，步骤二中所述电压为50V～60V，电解液温度为15℃～25℃，阳极氧化处理的时间为3.5h～5.5h。

上述的一种Ca和Si共掺杂的TiO₂膜，其特征在于，当步骤二中所述电解液中含有磷酸二氢钠时，所制备的Ca和Si共掺杂的TiO₂膜为致密膜。

上述的一种Ca和Si共掺杂的TiO₂膜，其特征在于，所述致密膜的厚度为3μm～5μm。

上述的一种Ca和Si共掺杂的TiO₂膜，其特征在于，当步骤二中所述电解液中含有氟化铵时，所制备的Ca和Si共掺杂的TiO₂膜为多孔膜。

上述的一种Ca和Si共掺杂的TiO₂膜，其特征在于，所述多孔膜的孔径为30nm～50nm，厚度为3μm～5μm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的Ca和Si共掺杂的TiO₂膜具有高的硬度，其硬度达到700HV以上，同时该TiO₂膜耐蚀性好，抗磨损能力强。

2、本发明的Ca和Si共掺杂的TiO₂膜与水的接触角小于28°，表明该TiO₂膜的亲水性能优异，具有良好的生物相容性。