Ảnh hưởng của thời gian tổng hợp

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THẢO LUẬN

3.2. Tổng hợp và đặc trưng của màng HAp/TiN/TKG316L

3.2.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đến quá trình tổng hợp HAp trên nền TiN/TKG316L

3.2.2.5. Ảnh hưởng của thời gian tổng hợp

Hình 3.41 giới thiệu sự biến đổi khối lượng và độ bám dính của HAp hình thành trên nền TiN/TKG316L trong dung dịch Ca(NO3)2 310-2 M + NH4H2PO4 1,810-2 M + NaNO3 0,15 M + H2O2 4% có pH = 4,5, ở điện thế áp đặt -1,65 V/SCE, nhiệt độ 25oC, theo thời gian tổng hợp. Khi thời gian tổng hợp tăng từ 15 đến 45 phút, khối lượng HAp hình thành trên nền TiN/TKG316L tăng từ 2,6 mg đến 9,3 mg, nếu tiếp tục tăng thời gian tổng hợp lên 60, 75 và 90 phút khối lượng HAp lại giảm xuống.

Độ bám dính của màng HAp với nền TiN nhìn chung giảm khi thời gian tổng hợp tăng. Với thời gian tổng hợp 15 phút, độ bám dính đạt 10,2 MPa, giá trị này gần bằng độ bám của keo-nền (13,2 MPa). Khi thời gian tổng hợp tăng

91

lên 30 và 45 phút độ bám dính đạt 5,8 và 5,5 MPa. Sau đó độ bám dính chỉ đạt 1,1 MPa với thời gian tổng hợp là 90 phút.

Kết quả thu được cho thấy tại thời gian tổng hợp 45 phút lượng HAp hình thành trên điện cực TiN/TKG316L lớn nhất và có độ bám dính gần bằng độ bám dính tại thời gian tổng hợp 30 phút, đồng thời quan sát bằng mắt cho thấy màng có độ đồng đều hơn so với các thời gian tổng hợp khác. Ở thời gian tổng hợp nhỏ, HAp hình thành những mầm tinh thể trên bề mặt điện cực và sự phát triển mầm tăng lên cùng với thời gian, tuy nhiên phản ứng tạo HAp là phản ứng hóa học (phản ứng số 3.9 mục 3.1.1) do đó đến một thời điểm nhất định sự kết tinh HAp trên bề mặt điện cực đạt tới trạng thái bão hòa, lúc này HAp không có khả năng bám dính trên bề mặt điện cực nữa mà rơi vào dung dịch hoặc tạo mầm và phát triển mầm HAp ngay trong dung dịch do đó thời gian tổng hợp tăng nhưng khối lượng HAp tạo thành trên bề mặt TiN/TKG316L lại giảm. Mặt khác khi thời gian tổng hợp quá dài, lượng các ion OH- và PO4

3- hình thành trên bề mặt điện cực TiN/TKG316L nhiều, xảy ra hiện tượng khuếch tán của các ion này từ bề mặt điện cực vào trong lòng dung dịch kết hợp với ion Ca2+ tạo thành HAp ngay trong dung dịch. Kết quả này cho phép lựa chọn thời gian tổng hợp HAp là 45 phút.

Hình 3.41: Sự biến đổi khối lượng và độ bám dính của HAp hình thành trên nền TiN/TKG316L tại -1,65 V/SCE, 25oC, pH =4,5 theo thời gian tổng hợp

92

3.2.2.6. Xác định chiều dày, độ gồ ghề bề mặt và thành phần của màng HAp

HAp tổng hợp trên nền TiN/TKG316L trong dung dịch Ca(NO3)2 310-2 M + NH4H2PO4 1,810-2 M + NaNO3 0,15 M + H2O2 4%, pH = 4,5, điện thế áp đặt -1,65 V/SCE, nhiệt độ 25oC, thời gian tổng hợp 45 phút được xác chiều dày bằng thiết bị Alpha-step IQ. Kết quả màng HAp/TiN/TKG316L có chiều dày khoảng 24,2 m.

Màng HAp với chều dày 24,2 m được xác định độ gồ ghề bề mặt bằng phương pháp AFM. Kết quả AFM hai chiều và ba chiều của mẫu HAp/TiN/TKG316L cho thụng số Ra = 0,232 àm (hỡnh 3.42), điều này cho thấy mẫu phủ màng HAp có độ thô ráp hơn so với mẫu TiN/TKG316L (hình 3.22 mục 3.2.1).

Hình 3.42: Hình ảnh AFM của HAp/TiN/TKG316L: (a) hình ảnh 2 chiều và (b) hình ảnh 3 chiều

Thành phần của màng HAp được phân tích bằng tán xạ năng lượng tia X (hình 3.43 và bảng 3.12). Kết quả phân tích cho thấy sự có mặt của ba nguyên tố chính có trong thành phần của HAp: O, P và Ca với % về khối lượng tương ứng là: 45,08%; 14,31% và 24,92%. Ngoài ra còn có mặt của các nguyên tố Na, Cl, K, Ti, Cr và Fe. Sự có mặt của Na, Cl và K là do trong dung dịch tổng hợp có thành phần của NaNO3 và sự khuếch tán KCl từ điện cực calomen vào dung dịch tổng hợp. Sự có mặt của các nguyên tố Ti, Cr và Fe do ảnh hưởng của vật liệu nền. Từ tỷ lệ phần trăm về nguyên tử có thể tính được tỷ lệ Ca/P là 1,34 thấp hơn nhiều so với tỷ lệ trong khoáng xương tự nhiên (1,67), kết

93

quả này có thể được giải thích do sự ảnh hưởng của các nguyên tố nhiễm vào thành phần của HAp tổng hợp được.

Hình 3.43: Phổ EDX của mẫu HAp/TiN/TKG316L tổng hợp trong dung dịch Ca(NO3)2 310-2 M + NH4H2PO4 1,8 10-2 M + NaNO3 0,15 M + H2O2 4% tại

pH=4,5, nhiệt độ 25oC và điện thế -1,65 V/SCE, thời gian 45 phút.

Bảng 3.12. Thành phần % theo khối lượng và nguyên tử của các nguyên tố trong màng HAp tổng hợp trên nền TiN/TKG316L

Nguyên tố O Na P Cl K Ca Ti Cr Fe

% khối lượng 45,08 5,48 14,31 0,21 0,33 24,92 7,07 0,60 2,06

% nguyên tử 64,75 5,48 10,68 0,13 0,20 14,30 3,39 0,27 0,85

* Tóm tắt kết quả mục 3.2.2:

- Những nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình tổng hợp màng HAp trên nền TiN/316L bằng phương pháp áp thế catôt cho phép lựa chọn được điều kiện thích hợp: điện thế - 1,65 V/SCE, pH dung dịch 4,5, nhiệt độ tổng hợp < 50oC và thời gian tổng hợp 45 phút trong dung dịch chứa Ca(NO3)2 310-2 M + NH4H2PO4 1,810-2 M + NaNO3 0,15 M + H2O2 4%).

- Màng HAp tổng hợp được có dạng tinh thể, đơn pha, chiều dày 24,2

m với thụng số Ra = 0,232 àm và độ bỏm dớnh 5,5 MPa.