山东大学大学生科技创新基金项目结题报告书2

1、山东大学大学生科技创新基金工程结题报告书工程编号：2021277结题时间： 2021 年4 月28 日天孔径有序TiO2纳米管阵列外表课题名称羟基磷灰石生物涂层的电泳沉积立项类别校级制备研究负责人 张玉岐主要成员| 丁非凡黄志佳王林 丁世界一、工程完成及取得的成果情况：本工程研究过程中由丁原负责人张玉岐已进入焊接专业而与本课题内容相 差较大故退出,刘佳曼参加,后期,丁非凡为实际的工程负责人.经过一年的研究,本工程主要取得以下几方面的成果：(1) 研究了钛片外表预处理新工艺.开发了一种新的钛片处理工艺来代替传统的研磨、腐蚀、活洗工艺,可以实 现异型工件的外表抛光.主要是先经机加工,再经溶剂活洗,

2、然后经电化学抛光 而到达阳极氧化前的镜面抛光效果.最终选定的抛光液为氢氟酸-水混合液.(2) 在钛基体外表制备了大孔径的二氧化钛膜层.采用fSO作为电解液,限制电压100-120V,通过改变氧化时间(10-40min) 获得不同厚度和孔径的TiO2层.电镜照片显示孔径为100-200nm,且有进一步联 通的趋势.(3) 制备出了羟基磷灰石的稳定悬浮液.以化学沉淀法制备出纳米羟基磷灰石,然后称取适量磷灰石放入一定量无水 乙醇中,滴加2滴浓硝酸,超声分散30min可得均匀稳定的羟基磷灰石悬:浮液. 假设分散时间进一步延长,那么其稳定悬浮时间更长.其稳定悬浮时间可在4小时-5 天之间调整.(4) 利

3、用电泳沉积法制备了羟基磷灰石涂层.以稳定悬浮的羟基磷灰石悬浮液为电泳液,研究了电压20v, 30v, 40v时的电泳情况.研究发现,同样电压下,由丁阳极氧化时间不同,电泳沉积的厚度也 有一定的差异,氧化时间30min时的沉积厚度最厚,最均匀.例外,电压升高, HAp的沉积厚度也越来越厚.(5) 测试了复合涂层与基体间的界面结合强度.采用粘结拉伸法测试了涂层与基体间的界面结合强度,主要研究了不同电压 和不同电泳时间对结合强度的影响.研究发现,其最高界面结合强度可超过 35MPa远远高丁文献报道的羟基磷灰石涂层的界面结合强度多在十几兆帕的数 值.二、经验教训及自我评价：经验教训：在本次科技创新实验

4、正式开展之前,我们团队认真研究了学长学 姐之前进行此类工程时的实验过程以及成果与缺乏,查阅了相关的文献,重新规划设计了这次实验的流程与方法.我们适当的减少了前期非常消耗时间和精力的人工打磨钛片的过程,将更多 的精力放在了探索新的钛片抛光途径之上,将有限的时间精力用在了更为针对的 环节上.在电泳环节上,我们制备了尽可能多的成品,最后进行测试环节,这样 每一类样品可以取得尽可能多的数据,使试验结果风具有说服力和准确性.在实验中出现问题与意外时候,我们能及时找到研究生学姐帮助我们解决问题, 同时查找相关的文献,积极改良试验方法,同时严格进行实验前的活洗、称量、 预热等准备工作,少走了许多的弯路.由丁

5、在实验开始的工作中,打磨钛片不得法,在砂纸上打磨的时候队员们的 手指都出现了不同程度的磨损.同时有的钛片由丁打磨的时间不够长、 打磨时在 砂纸上没能做到水平,出现了一些不合格、重新返工的情况.另外,由于在使用 氨水试剂的时候,由丁熟悉不够,防护举措不够,没有在通风橱中进行,队员们 被刺激的流下了眼泪.有的时候对实验规程的松懈,例如没能及时将实验用具冲 洗干净或者提前润湿,会导致比拟严重的后果,导致相关的步骤重新进行,这就 要求我们对待科学一定要有十分严谨的态度.还有在最后测试样品性能的时候, 由丁没有集中注意力和操作的失误, 将拉伸试验机的一个部件拉断,延误了实验 的进行,也造成了一定的经济损

6、失.这就告诫我们在实验中一定要十分小心与认 真.自我评价：在本次科技创新的过程中,我们团队五人进行了明确的分工与合 作,遇到困难也能一起讨论解决,或者查找资料和请教相关工程的学姐、老师, 使我们对熟悉问题、解决问题的水平有了很大的提升,同时也大大增强了我们的 团队合作意识和友谊.我们克服了实验室不在本校区、课程紧张实验时间缺乏等 困难,每周按时进行相关的工作并且一直坚持下来, 对我们的人格也是一次不小 的考验与磨砺.对丁我们中的大多数人来说,都是第一次如此系统的在实验室中进行课题研 究与实验,我们接触到了非常多的无机专业相关的仪器、试剂以及实验方法与思 路,这对丁我们来说无疑是非常重要的收获,

7、 使我们在学习之余,充分利用学校 的资源环境,强化了自己的专业软实力,深化了对本专业的熟悉,我们也对科研 工作者的工作有了初步的了解与认知.我们认真的遵守实验室的规程,在实验过 程之中没有发生任何的事故,根本完成了既定的实验目标,取得了一些成果与进三、经费使用情况 实验材料费：600元.四、学院评价意见：主管院长签名学院公章：年 月日五、专家评价意见：专家签名盖章：年 月日六、主管部门审核意见：负责人签名盖章：年 月日注：附有关论文、成果及其证实材料等.(1) 钛片外表预处理新工艺的研究：开发了一种新的钛片处理工艺来代替传统的研磨、腐蚀、活洗工艺,可以实 现异型工件的外表抛光.主要是先经机加工

8、,再经溶剂活洗,然后经电化学抛光 而到达阳极氧化前的镜面抛光效果.具体工艺如下：首先将切割好的钛板用蒸僻水和丙酮反复超声活洗20min ,然后配制1mol/LNaOH容液,浸泡钛板10min,除去外表自然氧化膜,取出用蒸僻水反复活 洗十净,并吹十备用.分别以体积比HF: HNO=1: 1; HSO: HF=1: 1; HF: H2O=1: 4的体系为电解 液,在冰水浴装置中电解抛光.实验过程中发现,三种电解液的抛光效果接近, 都能得到光亮的外表,但是由于 HF/HNQ HSO/HF两种电解液在抛光过程中有 大量的气体向外挥发,反响过于剧烈,造成钛板的大量损耗,因此选择HF/H2O作为电解液.在

9、以HF/H2O为电解液的根底上,研究了抛光时间(2-5min)对抛光效果的 影响,研究发现随着抛光时间的增加,钛板外表的划痕越来越少,抛光的效果越 好.但是考虑到钛板的厚度问题, 最终确定的最正确参数是HF:H2O=1:4,抛光时间 4min为最正确抛光工艺.利用该工艺可以对不规那么钛基体进行外表抛光.(2) 在钛基体外表制备了大孔径的二氧化钛膜层.采用0.5mol/L的H2SO作为电解液,电压100V、110V,通过改变氧化时间 (10-40min)获得不同厚度的TiO2层.阳极氧化过程中,可以观察到阴极上有 大量的气泡产生.图1和图2是不同电压下所得膜层的外表形貌和厚度图,可以看出试样外表

10、已经形成排列比拟均匀的多孔膜,且孔径为 100-200nm=在高倍数观察时,可看 出多孔膜外表不是很平整,但从较小倍数下观察,可以看出多孔膜整体排列比拟 整洁有序、致密.比拟图1、2,可知,在110V时形成的多孔膜的膜厚度明显比 100V时形成的多孔膜厚,同时孔径也相对略有增加.可以知道,电压对多孔膜 的孔径以及膜厚有一定的影响,在一定范围内,电压越高,孔径会增大,膜的厚 度也相应加厚.图1钛片在HSQ溶液中100V氧化10min时所形成的TiO2多孔膜的SEM图图2钛片在H2SQ溶液中110V氧化10min时所形成的TiO2多孔膜的SEM图(3) 制备出了羟基磷灰石的稳定悬浮液以化学沉淀法制

11、备出纳米羟基磷灰石,然后称取适量磷灰石放入一定量无水 乙醇中,滴加2滴浓硝酸,超声分散30min可得均匀稳定的羟基磷灰石悬:浮液. 假设分散时间进一步延长,那么其稳定悬浮时间更长.其稳定悬浮时间可在4小时-5 天之间调整.(4) 利用电泳沉积法制备羟基磷灰石涂层.以稳定悬浮的羟基磷灰石悬浮液为电泳液,研究了电压20v, 30v, 40v时的电泳情况.研究发现,同样电压下,由丁阳极氧化时间不同,电泳沉积的厚度也 有一定的差异,氧化时间30min时的沉积厚度最厚,最均匀.例外,电压升高, HAp的沉积厚度也越来越厚.羟基磷灰石涂层的微观形貌见图3,从图上可以看出,羟基磷灰石颗粒细小,外表具有一定的孔隙,便丁组织在其外表的附着生长.图3羟基磷灰石涂层的外表形貌(5) 测定了复合涂层与基体间的界面结合强度.采用粘结拉伸法测试了涂层与基体间的界面结合强度,主要研究了不同电压 和不同电泳时间对结合强度的影响,结果见表1.研究发现,电压为20V和30V时结合强度最大值出现在20min,而电压为40V时,结合强度最大值出现在10min. 其最高界面结合强度可超过35MPa远远高丁文献报道的羟