人工晶体合成

人工晶体合成实验指导书

一、[实验目的]

（1）了解水热法制备纳米材料的基本原理，方法及应用

（2）掌握沉淀法和水热法制备羟基磷灰石的原理和方法；

（3）了解羟基磷灰石的应用。

二、[实验原理及内容]

羟基磷灰石（hydroxyapatite，HAP）分子式为Ca10(PO4)6(OH)2，是自然骨无机质的主要成分，具有良好的生物相容性和生物活性，可以引导骨的生长，并与骨组织形成牢固的骨性结合。HAP是生物活性陶瓷的代表性材料，生物活性材料是指能够在材料和组织界面上诱导生物或化学反应，使材料与组织之间形成较强的化学键，达到组织修复的目的。HAP 在组成上与人体骨的相似性，使HAP与人体硬组织以及皮肤、肌肉组织等都有良好的生物相容性，植入体内不仅安全、无毒，还能引导骨生长，即新骨可以从HAP植入体与原骨结合处沿着植入的体表面或内部贯通性空隙攀附生长，材料植入体内后能与骨组织形成良好的化学键结合。纳米级羟基磷灰石的制备方法很多，主要分为固相法和液相法两大类。固相法合成在一定条件下（高温、研磨）让磷酸盐与钙盐充分混合发生固相反应，合成HAP粉末。液相法合成是在水液中，一磷酸盐和钙盐为原料，在一定条件下发生化学反应，生成溶解度较小的HAP晶粒，包括化学沉淀法。水热合成法、溶胶-凝胶法、自然烧法、微乳液法、微波法等。

化学沉淀法因具有实验条件要求不高、反应容易控制，适合制备纳米材料等优点从而得到广泛应用。沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合溶液中加入适量的沉淀剂得到纳米材料的前驱沉淀物，再将此沉淀物结晶进行干燥或煅烧制得相应的纳米材料。金属离子在沉淀过程是不平衡的，需要控制溶液中的沉淀剂的浓度，使沉淀过程缓慢发生，才会使溶液中的沉淀处于平衡状态，使沉淀能均匀的出现在整个溶液中。此法制备纳米HAP大多采用无机钙盐和磷酸盐反应得到。常采用的钙盐有：CaCl2、Ca(OH)2、Ca(NO)3等，常采用的磷酸盐有：K2HPO4、Na3PO4、（NH4)2HPO4、和H3PO4，发生反应生成HAP 纳米颗粒。沉淀法的影响因素主要有pH值、合成温度、反应原料纯度、反应原料浓度、反应物的混合步骤、沉淀剂的选择等。采用化学沉淀法制备HAP纳米颗粒，需要的设备简单，相应的生产的经济成本也较低，很容易实现工业上大批量的生产。但化学沉淀法制备HAP 也存在问题，制备所得的纳米HAP颗粒粒径均匀性差，并且团聚现象严重。化学沉淀法制备HAP的主要原理是在含有可溶性钙盐和磷酸盐的水溶液中，加入适量的沉淀剂，在特定条件，使溶液中两种溶剂发生化学反应，形成不溶性的水合氧化物从溶液中析出，再进行加入脱水对得到的溶液进行离心干燥，进而得到HAP纳米粉体。反应方程式如下：

10Ca(OH)2+6H3PO4→Ca10(PO4)6(OH)2+18H2O

三、[实验设备和材料]

1．设备：磁力搅拌器，离心机，电子天平，电热鼓风干燥箱，水热釜等

2．药品：硝酸钙，磷酸氢二铵，氢氧化钠等；

四、[实验步骤]

1．取一定量的Ca(NO3)2和(NH4)2HPO4分别配成250 ml 1.0mol/L和0.6mol/L的溶液，取一定量的NaOH配成100ml 2mol/L的溶液；

2．然后在不断搅拌的条件下，将(NH4)2HPO4溶液缓慢滴加到Ca(NO3)2溶液中，并用2 mol/L 的氢氧化钠调节体系的pH为10。

3．将以上得到的悬浮体系继续搅拌15 min，然后倒入聚四氟乙烯为衬底的反应釜中，放入烘箱中在120条件下℃反应24 h。

4．反应产物过滤沉淀后，用蒸馏水洗至中性。经离心分离后在100℃烘干。2．打开操作程序，选择相应的测量模式。

五、[实验报告要求及思考]

1．简述实验目的及实验原理。

2．分析测试结果，并对实验结果进行分析。

3．思考题：羟基磷灰石的合成方法如沉淀法、水热法和溶胶凝胶法各有何优缺点？