معرفی پایان نامه_بررسی سنتز پوشش‌های فسفات كلسیمی بر روی تیتانیم به روش سل-ژل

دانشجو: امیرحسین رجبی زمانی
استاد راهنما: دکتر علی‌اصغر بهنام‌قادر
استادان مشاور: دکتر اصغر کاظم‌زاده- دکتر فتح‌الله مضطرزاده
پژوهشگاه: مواد و انرژی
مقطع: کارشناسی ارشد
تاریخ شروع: فروردین 1384
تاریخ اتمام: بهمن 1385

دانشجو: امیرحسین رجبی زمانی
استاد راهنما: دکتر علی‌اصغر بهنام‌قادر
استادان مشاور: دکتر اصغر کاظم‌زاده- دکتر فتح‌الله مضطرزاده
پژوهشگاه: مواد و انرژی
مقطع: کارشناسی ارشد
تاریخ شروع: فروردین 1384
تاریخ اتمام: بهمن 1385
 
ترکیبات فسفات کلسیم به‌ویژه هیدروکسی‌آپاتیت،
به‌علت شباهت شیمیایی به بافت سخت استخوان، پیوند مستحکمی با این بافت
برقرار می‌کند و به همین دلیل، به‌طور گسترده به‌عنوان ایمپلنت‌های دندانی
و اروتوپدی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از سوی دیگر، تردی ذاتی و استحکام
کششی کم آن باعث محدود‌‌شدن کاربرد این ماده، به‌صورت یک‌پارچه در مقایسه
با فلزات و پلیمرها شده‌است. برای غلبه بر این محدودیت و استفاده از
هیدروکسی‌آپاتیت در ایمپلنت‌های استخوانی روش‌های متعددی به کار گرفته شده‌است.
در بین این روش‌ها پوشش‌دهی ایمپلنت‌های فلزی با کلسیم ‌فسفات‌ها به‌خصوص
هیدروکسی‌آپاتیت، توجه بسیاری را جلب کرده‌است.
در این پژوهش امکان ایجاد پوشش‌های سل- ژل ‌فسفات کلسیمی به روش الکوکسیدی-
نمکی بر روی پایه‌های تیتانیمی مورد بررسی قرار گرفته است. با این روش به‌عنوان
جایگزینی برای روش رایج اسپری حرارتی، می‌توان از ایجاد عیوبی نظیر ترک‌های
عمیق و فازهای نامطلوب جلوگیری کرد. علاوه‌بر این، روش سل- ژل به دلیل سنتز
مواد نانوساختار، در دمای کم‌تری تکلیس می‌شود و از ایجاد تغییرات ساختاری
در پایه و پوشش جلوگیری می‌کند. به این منظور، پیش‌ماده‌های کلسیم و فسفر
در محیط الکلی با نسبت استوکیومتری مخلوط ‌شدند و سل پایدار و شفافی به دست
آمد. لایه نشانی بر روی پایه‌هایی از جنس تیتانیم و به‌روش غوطه‌وری انجام
گرفت. پوشش‌های به‌دست‌آمده پس از هر بار غوطه‌وری، خشک و در دماهای مختلف
تکلیس و سینتر ‌شدند. برای افزایش ضخامت پوشش، مراحل غوطه‌وری، خشک ‌شدن ،
تکلیس و سینترینگ تا شش بار تکرار گردید. ژل‌های باقی‌مانده نیز پس از پیر‌‌شدن
در زمان‌های مختلف، در دماهای مشابه خشک و تکلیس ‌شدند. از آنالیزهای STA،
XRD، FTIR و ICP برای بررسی خواص ژل و پوشش استفاده شد. مقدار فازها، درجه
بلوری و اندازه تقریبی بلورک‌های به دست آمده به ترتیب از روش‌های نیمه‌کمی،
Landi et al و Scherrer محاسبه و در زمان‌های مختلف پیر‌‌شدن و دماهای
تکلیس مقایسه گردید. از زتاسایزر نیز برای اندازه‌گیری اندازه ذرات پودر
استفاده شد. مشاهده‌های میکروسکپی پودر و پوشش با توسط SEM و TEM انجام شده‌است.

نتایج نشان داد که به این روش می‌توان در دمای تکلیس 600 درجه سانتیگراد
پوشش و پودر هیدروکسی‌آپاتیت با اندازه بلورک کمتر از 30 نانومتر سنتز نمود.
مقایسه الگوهای XRD و FTIR نشان دادند که مقداری از فاز آپاتیت به دست آمده
در دماهای 600 و 750 درجه سانتیگراد ، هیدروکسی‌آپاتیتِ کربناته بوده‌است.
مکان پیک‌های CO32- نیز در الگوی FTIR، نشان‌دهنده تشکیل A-CAP است. فاز
هیدروکسی‌آپاتیت کربناته یکی از مواد زیست‌فعال سرامیکی است که در بافت سخت
استخوان و دندان نیز وجود دارد، به‌طوری‌که تا چهار درصد وزنی مینای دندان
را همین کربنات تشکیل می‌دهد. افزایش دمای تکلیس تا 750 درجه سانتی‌گراد و
افزایش زمان پیرکردن، باعث افزایش درجه بلوری و اندازه بلورک‌های فاز
هیدروکسی‌آپاتیت ‌شد. اندازه‌گیری ذرات هیدروکسی‌آپاتیت با زتاسایزر نیز
نشان داد که قطر پودر از توزیع یکنواختی برخوردار بوده و با افزایش زمان
پیر ‌شدن، میانگین اندازه ذرات افزایش ‌یافته‌است. تصاویر میکروسکوپی پوشش
نشان ‌داد که این پوشش از سطحی با دانه‌های کروی به‌هم‌پیوسته و متخلخل
تشکیل شده‌است. همچنین مشخص گردید که چسبندگی بین پوشش هیدروکسی آپاتیت و
پایه تیتانیمی به روش سل- ژل، از ساز و کار پیوند شیمیایی پیروی می‌کند.
نتایج این کار تحقیقاتی به‌صورت یک ثبت اختراع در کشور، یک مقاله ISI و یک
مقاله در کنفرانس‌های داخلی عرضه شده است.