0748 nghiên cứu tổng hợp màng hydroxyapatit bằng phương pháp điện hóa trên nền thép không gỉ 316l có và không có màng titan nitrua luận văn

BỘGIÁO DỤCVÀĐÀOTẠO VIỆNHÀNLÂM KHOAHỌCVÀCÔNGNGHỆVIỆTNAM HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCÔNG NGHỆ ***** PHẠMTHỊNĂM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MÀNG HYDROXYAPATIT BẰNGPHƯƠNGPHÁPĐIỆNHĨATRÊNNỀNTHÉPKHƠNGGỈ316LCĨVÀ KHƠNGCĨMÀNGTITANNITRUA Chun ngành: Hóa lý thuyết Hóa lýMãsố:62440119 LUẬNÁNTIẾNSỸHĨAHỌC HàNội– 2016 BỘGIÁO DỤCVÀĐÀOTẠO VIỆNHÀNLÂM KHOAHỌCVÀCÔNGNGHỆVIỆTNAM HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCÔNG NGHỆ ***** PHẠMTHỊNĂM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MÀNG HYDROXYAPATIT BẰNGPHƯƠNGPHÁPĐIỆNHĨATRÊNNỀNTHÉPKHƠNGGỈ316LCĨVÀ KHƠNGCĨMÀNGTITANNITRUA Chun ngành: Hóa lý thuyết Hóa lýMãsố:62440119 LUẬNÁNTIẾNSỸHĨAHỌC NGƯỜIHƯỚNGDẪNKHOAHỌC PGS.TS.ĐinhThịMaiThanh PGS.TS.Trần ĐạiLâm HàNội –2016 LỜICẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Đinh Thị Mai Thanh vàPGS.TS Trần Đại Lâm đạo, hướng dẫn tận tình, sâu sát giúp đỡ tơitrongsuốtqtrình thựchiện nhưhồn thànhbản luậnán Tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp Phòng Ăn mòn bảo vệkim loại – Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm KH&CN VN ln độngviênvà giúpđỡ tơitrong qtrìnhthựchiệnluận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo Bộ phận đào tạo Viện Kỹthuật nhiệt đới giúp đỡ suốt thời gian học tập, nghiên cứu hồnthành luậnán Tơi xin trân trọng cảm ơn Viện Khoa học vật liệu, Viện Vệ sinh dịch tễTrung ương, Viện Công nghệ ứng dụng, Học Viện Kỹ thuật Quân sự, Đại họcBáchkhoaHà Nội, Đại học Pierre Marie Currie (Pháp) Viện CIRIMAT(Pháp)đã giúpđỡtrongq trìnhthựchiệnluận án Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn tới tồn thể gia đình bạn bè đãlnđộngviên,chiasẻvàgiúpđỡtơitrongsuốtthờigianthựchiệnluậnán Hà Nội,tháng6năm2016 Tác giả luậnán PhạmThị Năm LỜICAMĐOAN Tôi xin cam đoan tất số liệu, kết quảtrìnhb y t r o n g l u ậ n n n y l t r u n g t h ự c v c h a c ó a i cơngbốtrongbấtkỳcơngtrìnhnàokhác Tác giả luậnán PhạmThị Năm MỤCLỤC Trang DANHMỤC CÁC KÝHIỆUVÀCHỮVIẾT TẮT…………… vii DANHMỤCCÁCBẢNG…………………………………………… ix DANHMỤC CÁCHÌNHVẼ,ĐỒTHỊ…………………………… xi MỞĐẦU……………………………………………………………… CHƯƠNG1:TỔNGQUAN………………………………………… 1.1.Tổngquanchungvề titannitrua(TiN)………………………… 1.1.1.Tínhchất củaTiN…………………………………………… 1.1.1.1.Tínhchấtvậtlý……………………………………… 1.1.1.2.Tínhchấthóahọc…………………………………… 1.1.2.Mộtsốphươngpháp tổnghợpmàngTiN……………… 1.1.3.Ứng dụng củaTiN………………………………………… 1.2.T ổ n g quanchungvềhydroxyapatit(HAp)………………… 1.2.1.Tínhchất củaHAp………………………………………… 1.2.1.1.Tínhchấtvậtlý………………………………………… 1.2.1.2.Tínhchấthốhọc…………………………………… 11 1.2.1.3.Tínhchấtsinhhọc……………………………………… 12 1.2.2.Cácphươngpháptổnghợp HAp………………………… 14 1.2.2.1.Dạngbột……………………………………………… 14 1.2.2.2.HAp dạng xốp vàgốmxốp…………………………… 15 1.2.2.3.HApdạngcompozit…………………………………… 16 1.2.2.4.HApdạngmàng……………………………………… 17 a.Phươngphápvậtlý……………………………………… 17 b.Phươngpháp điệnhóa…………………………………… 19 1.2.3.Thửnghiệmt ron g dungdịchmơphỏngdịchcơthểngười (SBF)……………………………………………………… 25 1.2.4.VaitròvàứngdụngcủaHAp……………………………… 30 1.2.4.1.Ứngdụng HApbột……………………………… 31 1.2.4.2.Ứngdụng HApdạnggốmxốp…………………… 31 1.2.4.3.ỨngdụngcủaHApdạngcomposit…………………… 31 1.2.4.4.ỨngdụngcủaHApdạngmàng………………………… 32 1.2.4.Tìnhhìnhnghiêncứutrong nước………………………… 34 CHƯƠNG2: ĐIỀUKIỆNVÀ PHƯƠNG PHÁP THỰCNGHIỆM 38 2.1.Hóachấtvàđiều kiệnthựcnghiệm…………………………… 38 2.1.1.Hóachất…………………………………………………… 38 2.1.2.TổnghợpmàngTiNbằngphươngphúnxạmagnetronmột chiều 2.1.3.Tổng hợpđiệnhóa HAptrênnềnTKG316L……………… 38 2.1.4.TổnghợpđiệnhóaHAptrênnềnTiN/TKG316L………… 39 2.1.5.ThửnghiệmtrongdungdịchSBF……………………… 40 2.2.Cácphươngphápnghiêncứu………………………………… 41 2.2.1.Cácphươngphápđiệnhóa……………………………… 41 2.2.1.1.Phươngphápquétthếđộng…………………………… 41 2.2.1.2.Phươngphápthếtĩnh(điệnthếápđặt)……………… 42 2.2.1.3.Phươngphápđođiệnthếmạchhởtheothờigian 42 2.2.1.4.Phương pháptổngtrởđiệnhóa……………………… 42 2.2.2.Cácphươngphápphântích……………………………… 43 2.2.2.1.Phươngphápphổhồngngoại (IR)…………………… 39 43 2.2.2.2.Kính hiểnviđiệntửquét (SEM)……………………… 43 2.2.2.3.Tán xạnănglượng tiaX(EDX)… … … … … … … … … 43 2.2.2.4.Nhiễu xạ tiaX(XRD)………………………………… 44 2.2.2.5.Kínhhiểnvilựcnguyêntử(AFM)……………………… 44 2.2.3.Các phươngphápđotínhchấtcơlýcủamàngTiNvàmàng HAp…………………………………………………… 44 2.2.3.1.ĐộcứngVickers………………………………………… 44 2.2.3.2.ĐođộbóngcủamàngTiN 45 2.2.3.3.ĐođộmàimịncủamàngTiN 45 2.2.3.4.ĐođộbềnvađậpcủamàngTiN 46 2.2.3.5.Modulđànhồi củamàngTiN………………………… 46 2.2.3.6.ĐộbềnuốncủamàngTiN……………………………… 46 2.2.3.7.ĐođộbámdínhcủamàngHAp ………………………… 47 2.2.3.8.ĐochiềudàycủamàngHAp…………………………… 47 2.2.4.Chuẩnđộ H2O2…………………………………………… 47 CHƯƠNG KẾTQUẢTHẢO LUẬN…………………………… 48 3.1.TổnghợpvàđặctrưngcủamàngHAp/TKG316L…………… 48 3.1.1.Ảnhhưởngcủa nồngđộdung dịch……………………… 48 3.1.2.Ảnhhưởngcủakhoảngquétthế………………………… 51 3.1.3 ẢnhhưởngcủaH2O2……………………………………… 54 3.1.4.Ảnhhưởngcủa nhiệtđộ…………………………………… 57 3.1.5.Ảnhhưởngcủasố lầnquétthế…………………………… 62 3.1.6.Ảnhhưởngcủa tốcđộquét……………………………… 65 3.1.7.Xá c đ ị n h t h n h p h ần , c hi ều dà y v đ ộ g ghề b ề mặtc ủ a màngHAp…………………………………………………… 68 3.2.TổnghợpvàđặctrưngcủamàngHAp/TiN/TKG316L……… 70 3.2.1.ĐặctrưngcủanềnTiN/TKG316L…………… 70 3.2.1.1.Phântíchhình tháicấutrúcvà thànhphần………… … 70 3.2.1.2.Tínhchấtcơlýcủa vậtliệuTiN/TKG316L ………… 72 a.Độcứng…………………………………………………… 72 b.Độ bềnva đập…………………………………………… 73 c.Độ bóng ………………………………………………… 74 d.Độbềnmàimịn………………………………………… 74 e.Mô đunđàn hồi………………………………………… 75 f.Độbềnuốn………………………………… 75 3.2.2.Khảosátcácyếutốảnhhưởngđếnquátrìnhđếnquátrình tổnghợpHApt r ê n nềnTiN/TKG316L 76 3.2.2.1.ẢnhhưởngcủanồngđộH2O2…………………………… 76 3.2.2.2.Ảnh hưởngcủađiệnthếtổng hợp…………………… 81 3.2.2.3.Ảnhhưởngcủanhiệtđộ………………………………… 83 3.2.2.4.ẢnhhưởngcủapH….………………………………… 88 3.2.2.5.Ảnhhưởngcủathờigiantổng hợp……………… 90 3.2.2.6.Phân tíchchiều dày,độ gồghềbềmặtvà thành phầncủa màngHAp…………………………………………… 3.3 Thử nghiệm vật liệu TKG316L, 92 HAp/TKG316L, TiN/TKG316LV À H A p / T i N / T K G L t r o n g d u n g d ị c h m ô phỏngdịchcơthểngười………… 94 …………………………… 3.3.1.XácđịnhpHcủa dungdịchSBFtheo thờigianngâm…… 94 3.3.2.Điện thếmạchhở………………………………………… 96 3.3.3.Đo điệntrởphâncực…………… ……………………… 99 3.3.4.Tổngtrởđiệnhóa………………………………………… 103 3.3.5.Xácđịnhtổnhaokhốilượng củamẫungâm SBF… 105 3.3.6.P h â n t í c h đ ặ c t r n g h ó a l ý c ủ a m n g a p a t i t h ì n h t h ành 106 dungdịchSBF……………………………………… KẾTLUẬNCHUNG……………………………………………… 112 NHỮNGĐÓNG GĨPMỚICỦALUẬNÁN…………………… 113 DANHMỤC CÁCCƠNGTRÌNH KHOAHỌCĐÃCƠNGBỐ… 114 TÀILIỆUTHAMKHẢO………………………………………… 115 DANHMỤC CÁCKÝHIỆUVÀCHỮVIẾTTẮT AFM ASTM CVD DCPD DC DLC dE/dt EDX Eocp,Eo Ecorr Eb Ep HAp HAp/TKG316L : : : : : : : : : : : : : : HAp/TiN/TKG316L : HV Icorr IR ISO PLA PLA/HAp PVD Ra Ru Rp RF SEM : : : : : : : : : : : : Kínhhiểnvilựcnguntử TiêuchuẩnvậtliệucủaMỹ Phươngpháplắngđọnghơi hóahọc Đicanxiphosphatđihydrat(CaHPO4.2H2O) Phúnxạphóngđiệnmộtchiều Cacbonvơđịnhhìnhcótínhchấtgiốngkimcương Sựbiến đổiđiện thếtheothờigian Tán xạnănglượngtiaX Điệnthếmạchhở Điệnthếăn mịn Điệnthếphóng điện Điệnthếthụđộng Hydroxyapatit Mànghydroxyapatitp h ủ t r ê n n ề n t h é p k h ô n ggỉ 316L Màngh y d r o x y a p a t i t p h ủ t r ê n n ề n t ổ h ợ p c ủ a m n g titannitruaphủtrênnềnthépkhônggỉ316L ĐộcứngVickers Mậtđộdịng ănmịn Phổhồngngoại Tổchứctiêuchuẩnhóaquốctế Polyaxitlactic Compozitcủapolyaxitlacticvàhydroxyapatit Phươngpháplắngđọnghơi vật lý Thơngsốđộ nhámbềmặt Độbền uốn Điệntrởphân cực Phúnxạphóngđiện xoaychiều Kínhhiểnviđiệntửqt SBF SCE TKG316L TiN TiN/TKG316L TEM V/SCE XRD │Z│ μΩ.cm o C : : : : : : : : : : : Dungdịchmơ phỏngdịch cơthểngười Điệncựcsosánh calomenbãohịa Thépkhơnggỉ316L Titannitrua Màngtitannitruaphủtrênnềnthépkhơnggỉ316L Kínhhiểnviđiệntửtruyềnqua Đơnvịđiệnthếsovớiđiệncựccalomen NhiễuxạtiaX Mơđun tổngtrở Đơnvịđođiện trởsuất Đơnvị đonhiệtđộbách phân