SDS-PVP体系中两种纳米无机磷酸盐的合成研究

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在众多的无机磷酸盐当中,作为硬组织主要成分的羟基磷灰石(Hydroxyapatite, HAP)和重要的稀土磷酸盐绿色荧光材料LnPO4 (LnPO4 = LaPO4: Ce, Tb)备受关注。与微米级材料相比,纳米材料具有其独特的性能,因而关于纳米HAP和纳米LnPO4的合成及应用研究成为了当今材料学科的热门课题之一。本文首先概述了纳米材料及其特性,同时简要介绍了纳米HAP和纳米LnPO4的性质、应用及常见合成方法,然后围绕着研究十二烷基硫酸钠-聚乙烯基吡咯烷酮(SDS-PVP)体系的性质、如何在SDS-PVP体系中制备得到形貌规则、粒径分布窄且生物安全性较高的纳米HAP、如何制备光学性能优良且具有一定长径比的纳米LnPO4以及发光性能较好的低成本LaPO4-LnPO4核壳结构材料等几个主题展开工作。以Ca2+-SDS-PVP及La3+-SDS-PVP三元体系为研究对象,采用滴体积法考察其表面张力性质随SDS浓度变化的关系,结果表明以上两个体系在适当条件下均呈现出双拐点特性;接下来探讨了SDS与PVP在水溶液中相互作用的机理,同时在理论上初步寻找到较适合制备纳米HAP及LnPO4的SDS浓度。在SDS-PVP体系中,与普通水浴所得产品相比,控温微波所得的纳米HAP其结晶度较高,形貌较为规则,这表明微波辅助合成是快速制备纳米HAP较为有效、理想的方法;然后探讨了SDS-PVP模板以及微波效应对纳米HAP生长可能产生的影响机理。在回流条件下700 W功率微波辐射100 min所得纳米HAP的表征结果和载药性能测试证明,经超纯水和无水乙醇多次交替洗涤后,所得产品为结晶度较高、宽15-25 nm,长50-100 nm的棒状六方晶系纳米HAP,体系中SDS与PVP已基本除去,产品具有良好的热稳定性和载药性能,有望成为具有良好生物安全性与生物兼容性的药物缓释载体材料。考察了SDS-PVP软模板对纳米LnPO4晶体生长的影响,并在SDS-PVP体系中,分别经普通水浴、微波辅助法、水热法三种不同方法制备了纳米LnPO4,同时阐述了纳米LnPO4的发光机理。TEM结果表明SDS-PVP软模板可有效控制纳米LnPO4的粒径大小,防止纳米颗粒团聚;XRD及荧光图谱表明微波法相比水浴法可在更短时间内得到结晶度较好、荧光强度较高的六方晶型纳米LnPO4;荧光谱图以及光致发光图显示水热法所得产品的荧光发射强度最高,紫外灯(λex = 254 nm)照射下其绿色可见光光强最强,这说明晶型转变为单斜晶系的纳米LnPO4光学性能得到了较大的提高,所制得的纳米LnPO4有望在稀土发光材料领域获得重要应用。在SDS-PVP体系中,通过异相成核的方法设计合成了LaPO4-LnPO4核壳结构材料,该材料以较廉价的LaPO4为内核,绿色荧光材料纳米LnPO4围绕其生长形成壳层,产品合成成本低,发光性能良好。该方法有望在荧光照明行业产生重要的应用价值。
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