新型人工关节陶瓷基复合材料——制备及性能

作者: 赵琰著

出版社: 化学工业出版社

出版时间: 2023-05

版次: 1

ISBN: 9787122433343

定价: 98.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 155页

字数: 186千字

分类: 工程技术

5 张插图图片

本书详细讲解了新型人工关节材料——石墨烯（Graphene）/碳纳米管（CNTs）/双相磷酸钙（BCP）生物陶瓷复合材料的制备及性能。主要内容包括：人工关节材料基础、实验材料与方法、GNPs/BCP复合材料制备及性能、Graphene/BCP复合材料制备及性能、Graphene/CNTs/BCP复合材料制备及性能、Graphene和CNTs在陶瓷中的补强增韧和减摩抗磨机理、复合材料的细胞毒性及生物活性研究、总结与展望。本书可为材料领域的科研工作者和技术人员提供帮助，也可供高校相关专业师生学习参考。赵琰，工学博士，山东交通学院讲师，毕业于山东大学材料科学与工程学院，主要从事工程材料的制备和性能研究工作。主持完成省高校科技计划1项、市科技发展计划1项，参与完成自然科学基金项目2项，发表学术论文多篇，授权发明专利3项，获市自然科学优秀学术成果奖二等奖1项。主讲《机械制图》等课程，获教学比赛一等奖1项，省级教学比赛二等奖2项。第1章人工关节材料基础　　1

1.1　引言　　3

1.2　人工关节材料　　4

1.2.1　人工关节材料性能　　5

1.2.2　常用人工关节材料　　7

1.3　生物活性陶瓷　　9

1.3.1　生物活性陶瓷的组成和结构　　9

1.3.2　生物活性陶瓷复合材料的研究　　12

1.4　碳纳米管和石墨烯　　14

1.4.1　碳纳米管和石墨烯的结构　　15

1.4.2　碳纳米管和石墨烯的力学性能　　17

1.4.3　碳纳米管和石墨烯在陶瓷材料中的应用　　19

1.5　人工关节材料存在问题及研究方向　　23

第2章实验材料与方法　　25

2.1　实验用原材料　　27

2.2　实验设备　　27

2.3　实验方法　　28

2.3.1　BCP 复合粉体的制备　　28

2.3.2　复合材料的制备　　29

2.4　性能测试方法　　31

2.4.1　密度测试　　31

2.4.2　弯曲强度测试　　31

2.4.3　断裂韧性测试　　32

2.4.4　显微硬度测试　　33

2.4.5　弹性模量测试　　34

2.4.6　摩擦系数测试　　34

2.4.7　体积磨损量测试　　35

2.4.8　细胞毒性测试　　36

2.4.9　生物活性测试　　36

2.5　组织结构分析方法　　37

第3章 GNPs/BCP 复合材料制备及性能　　39

3.1　引言　　41

3.2　烧结温度对BCP 陶瓷的影响　　41

3.2.1　不同烧结温度下BCP 陶瓷的制备　　41

3.2.2　BCP 陶瓷的力学性能　　42

3.2.3　BCP 陶瓷的物相分析　　42

3.2.4　BCP 陶瓷的微观形貌　　43

3.3　分散剂对复合材料的影响　　45

3.3.1　不同分散剂下GNPs/BCP 复合材料的制备　　45

3.3.2　复合粉体的形貌　　46

3.3.3　复合材料的力学性能　　47

3.3.4　复合材料的物相分析　　48

3.3.5　复合材料的微观形貌　　48

3.4　GNPs 含量对复合材料的影响　　51

3.4.1　不同GNPs 含量下GNPs/BCP 复合材料的制备　　51

3.4.2　复合材料的力学性能　　52

3.4.3　复合材料的物相分析　　53

3.4.4　复合材料的微观形貌　　54

3.4.5　复合材料的界面结合　　58

3.5　本章小结　　59

第4章 Graphene/BCP 复合材料制备及性能　　61

4.1　引言　　63

4.2　复合材料的制备　　63

4.3　复合材料的力学性能　　64

4.4　复合材料的物相分析　　65

4.5　复合材料的微观形貌　　66

4.6　复合材料的界面结合　　71

4.7　复合材料的摩擦磨损特性　　72

4.7.1　复合材料的摩擦系数和体积磨损量　　72

4.7.2　复合材料的磨痕微观形貌　　74

4.8　本章小结　　79

第5章 Graphene/CNTs/BCP复合材料制备及性能　　81

5.1　引言　　83

5.2　复合材料的制备　　83

5.3　复合材料的力学性能　　84

5.4　复合材料的物相分析　　86

5.5　复合材料的微观形貌　　87

5.6　复合材料的界面结合　　93

5.7　复合材料的摩擦磨损特性　　95

5.7.1　复合材料的摩擦系数和体积磨损量　　95

5.7.2　复合材料的磨痕表面微观形貌　　96

5.8　本章小结　　100

第6章 Graphene 和CNTs 在陶瓷中的补强增韧和减摩抗磨机理　　103

6.1　引言　　105

6.2　Graphene 和CNTs 在陶瓷中的补强增韧机理　　105

6.2.1　复合材料压痕裂纹扩展观察　　105

6.2.2　复合材料中的强韧化机制　　109

6.3　Graphene 和CNTs 在陶瓷中的减摩抗磨机理　　112

6.3.1　复合材料的磨痕拉曼光谱和能谱分析　　112

6.3.2　复合材料中的减摩抗磨机理　　114

6.4　本章小结　　114

第7章复合材料的细胞毒性及生物活性研究　　117

7.1　引言　　119

7.2　复合材料的细胞毒性研究　　119

7.2.1　实验材料和设备　　119

7.2.2　实验方法　　120

7.2.3　细胞相对增殖率　　122

7.2.4　细胞形态观察　　123

7.3　复合材料的生物活性研究　　128

7.3.1　实验方法　　128

7.3.2　SBF 浸泡前后复合材料的重量变化　　129

7.3.3　SBF 浸泡后复合材料的物相分析　　130

7.3.4　SBF 浸泡后复合材料的基团分析　　131

7.3.5　SBF 浸泡后复合材料的表面形貌　　132

7.4　本章小结　　135

总结与展望　　137

参考文献　　142
内容简介:
本书详细讲解了新型人工关节材料——石墨烯（Graphene）/碳纳米管（CNTs）/双相磷酸钙（BCP）生物陶瓷复合材料的制备及性能。主要内容包括：人工关节材料基础、实验材料与方法、GNPs/BCP复合材料制备及性能、Graphene/BCP复合材料制备及性能、Graphene/CNTs/BCP复合材料制备及性能、Graphene和CNTs在陶瓷中的补强增韧和减摩抗磨机理、复合材料的细胞毒性及生物活性研究、总结与展望。本书可为材料领域的科研工作者和技术人员提供帮助，也可供高校相关专业师生学习参考。
作者简介:
赵琰，工学博士，山东交通学院讲师，毕业于山东大学材料科学与工程学院，主要从事工程材料的制备和性能研究工作。主持完成省高校科技计划1项、市科技发展计划1项，参与完成自然科学基金项目2项，发表学术论文多篇，授权发明专利3项，获市自然科学优秀学术成果奖二等奖1项。主讲《机械制图》等课程，获教学比赛一等奖1项，省级教学比赛二等奖2项。
目录:
第1章人工关节材料基础　　1

1.1　引言　　3

1.2　人工关节材料　　4

1.2.1　人工关节材料性能　　5

1.2.2　常用人工关节材料　　7

1.3　生物活性陶瓷　　9

1.3.1　生物活性陶瓷的组成和结构　　9

1.3.2　生物活性陶瓷复合材料的研究　　12

1.4　碳纳米管和石墨烯　　14

1.4.1　碳纳米管和石墨烯的结构　　15

1.4.2　碳纳米管和石墨烯的力学性能　　17

1.4.3　碳纳米管和石墨烯在陶瓷材料中的应用　　19

1.5　人工关节材料存在问题及研究方向　　23

第2章实验材料与方法　　25

2.1　实验用原材料　　27

2.2　实验设备　　27

2.3　实验方法　　28

2.3.1　BCP 复合粉体的制备　　28

2.3.2　复合材料的制备　　29

2.4　性能测试方法　　31

2.4.1　密度测试　　31

2.4.2　弯曲强度测试　　31

2.4.3　断裂韧性测试　　32

2.4.4　显微硬度测试　　33

2.4.5　弹性模量测试　　34

2.4.6　摩擦系数测试　　34

2.4.7　体积磨损量测试　　35

2.4.8　细胞毒性测试　　36

2.4.9　生物活性测试　　36

2.5　组织结构分析方法　　37

第3章 GNPs/BCP 复合材料制备及性能　　39

3.1　引言　　41

3.2　烧结温度对BCP 陶瓷的影响　　41

3.2.1　不同烧结温度下BCP 陶瓷的制备　　41

3.2.2　BCP 陶瓷的力学性能　　42

3.2.3　BCP 陶瓷的物相分析　　42

3.2.4　BCP 陶瓷的微观形貌　　43

3.3　分散剂对复合材料的影响　　45

3.3.1　不同分散剂下GNPs/BCP 复合材料的制备　　45

3.3.2　复合粉体的形貌　　46

3.3.3　复合材料的力学性能　　47

3.3.4　复合材料的物相分析　　48

3.3.5　复合材料的微观形貌　　48

3.4　GNPs 含量对复合材料的影响　　51

3.4.1　不同GNPs 含量下GNPs/BCP 复合材料的制备　　51

3.4.2　复合材料的力学性能　　52

3.4.3　复合材料的物相分析　　53

3.4.4　复合材料的微观形貌　　54

3.4.5　复合材料的界面结合　　58

3.5　本章小结　　59

第4章 Graphene/BCP 复合材料制备及性能　　61

4.1　引言　　63

4.2　复合材料的制备　　63

4.3　复合材料的力学性能　　64

4.4　复合材料的物相分析　　65

4.5　复合材料的微观形貌　　66

4.6　复合材料的界面结合　　71

4.7　复合材料的摩擦磨损特性　　72

4.7.1　复合材料的摩擦系数和体积磨损量　　72

4.7.2　复合材料的磨痕微观形貌　　74

4.8　本章小结　　79

第5章 Graphene/CNTs/BCP复合材料制备及性能　　81

5.1　引言　　83

5.2　复合材料的制备　　83

5.3　复合材料的力学性能　　84

5.4　复合材料的物相分析　　86

5.5　复合材料的微观形貌　　87

5.6　复合材料的界面结合　　93

5.7　复合材料的摩擦磨损特性　　95

5.7.1　复合材料的摩擦系数和体积磨损量　　95

5.7.2　复合材料的磨痕表面微观形貌　　96

5.8　本章小结　　100

第6章 Graphene 和CNTs 在陶瓷中的补强增韧和减摩抗磨机理　　103

6.1　引言　　105

6.2　Graphene 和CNTs 在陶瓷中的补强增韧机理　　105

6.2.1　复合材料压痕裂纹扩展观察　　105

6.2.2　复合材料中的强韧化机制　　109

6.3　Graphene 和CNTs 在陶瓷中的减摩抗磨机理　　112

6.3.1　复合材料的磨痕拉曼光谱和能谱分析　　112

6.3.2　复合材料中的减摩抗磨机理　　114

6.4　本章小结　　114

第7章复合材料的细胞毒性及生物活性研究　　117

7.1　引言　　119

7.2　复合材料的细胞毒性研究　　119

7.2.1　实验材料和设备　　119

7.2.2　实验方法　　120

7.2.3　细胞相对增殖率　　122

7.2.4　细胞形态观察　　123

7.3　复合材料的生物活性研究　　128

7.3.1　实验方法　　128

7.3.2　SBF 浸泡前后复合材料的重量变化　　129

7.3.3　SBF 浸泡后复合材料的物相分析　　130

7.3.4　SBF 浸泡后复合材料的基团分析　　131

7.3.5　SBF 浸泡后复合材料的表面形貌　　132

7.4　本章小结　　135

总结与展望　　137

参考文献　　142