Кристалічна структура та морфологія покриттів і матеріалів на основі нанорозмірних апатиту та брушиту під впливом фізико-хімічних факторів

Abstract

Дисертацію присвячено комплексному дослідженню впливу різних фізико-хімічних факторів (умови синтезу, температура відпалу, додавання полімерної складової, присутність карбонатних заміщень в структурі апатиту, вплив магнітного поля різних конфігурацій без та з іонами магнію у вихідному розчині) на кристалічну структуру та морфологію матеріалів на основі гідроксиапатиту та брушиту. Для покриттів, отриманих методом термодепозиції, встановлені оптимальні діапазони температур (від 348 до 378 К) та часу (30-60 хв) формування гідроксиапатита на поверхні титанового субстрата, а також вивчена зміна його кристалічності та морфології від зазначених параметрів. Показано, що при додаванні полімерів кристалічність гідроксиапатиту погіршується, у випадку хітозана тим сильніше, чим більша його кількість. Також зі збільшенням концентрації хітозану зростає концентрація фази β-ТКФ, що утворюється в матеріалах після відпалу при температурі від 973 К. Для вивчення впливу карбонатних заміщень різної кількості, типу та локалізації в гідроксиапатиті на його кристалічну структуру була запропонована та апробована методика термопрограмованої екстракції газової проби з хроматографічною реєстрацією. Проведені комплексні дослідження впливу постійного магнітного поля малої напруженості (~0,3 Тл) різних конфігурацій та тривалості дії на субструктуру та морфологію брушита, отриманого як у вигляді осаду в водному розчині в присутності та за відсутності магнію, так і покриття на магнієвих субстратах. Запропонована якісна модель впливу магнітного поля на структуру та морфологію брушита під час кристалізац.

Диссертация посвящена комплексному исследованию влияния различных физико-химических факторов (условия синтеза, температура отжига, добавление полимерной составляющей, присутствие карбонатных замещений в структуре апатита, влияние магнитного поля разных конфигураций без та с ионами магния в исходном растворе) на кристаллическую структуру и морфологию материалов на основе гидроксиапатита и брушита. Для покрытий, полученных методом термодепозиции, установлены оптимальные диапазоны температур (от 348 до 378 К) и времени (30-60 мин.) формирования гидроксиапатита на поверхности титанового субстрата, а также изучено изменение его кристалличности и морфологии от указанных параметров. Показано, что при добавлении полимеров кристалличность ГА ухудшается, в случае хитозана тем сильнее, чем больше его количество. Также с увеличением концентрации хитозана увеличивается концентрация фазы β-ТКФ, которая образуется в материалах после отжига при температуре от 973 К. Для изучения влияния карбонатных замещений разного количества, типа и локализации в гидроксиапатите на его кристаллическую структуру была предложена и апробирована методика термопрограммируемой экстракции газовой пробы с хроматографической регистрацией. Проведены комплексные исследования влияния постоянного магнитного поля малой напряженности (~0,3 Тл) различных конфигураций и продолжительности воздействия на субструктуру и морфологию брушита, полученного как в виде осадка в водном растворе в присутствии и в отсутствие магния, так и в виде покрытия на магниевых субстратах. Предложена качественная модель влияния магнитного поля на структуру и морфологию брушита во время кристаллизации.

The thesis is devoted to the complex investigation of the influence of different physical-chemical factors (synthesis conditions, annealing temperature, addition of polymer component, presence of carbonate substitutions in the apatite structure, influence of magnetic field of different configurations without and with magnesium ions in the initial solution) on the crystal structure and morphology of materials based on hydroxyapatite and brushite. The optimal ranges of temperature (from 348 to 378 К) and duration (30- 60 minutes) were determined for the formation of hydroxyapatite on the surface of titanium substrates in case of the coatings, obtained by the thermal deposition method. The changes of HA crystallinity from the specified parameters were also studied. It was shown, that with the addition of polymers the crystallinity of HA become worse. With the increase of the amount of chitosan, it gets worse. In the last case, the concentration of β-TCP, formed after the heat treatment starting from 973 К, also increases. The method of thermal programmed extraction of gas probe with chromatograph registration was purposed and approved for studying the influence of carbonate substitutions of different quantity, type and localization in hydroxyapatite on its crystal structure. The complex research was performed of the influence of low intensity static magnetic field (~0,3 T) of different configurations and exposure duration on the microstructure and morphology of brushite samples, obtained as deposits in aqueous solutions in the presence and absence of magnesium and as coatings on magnesium substrates. The qualitative model of the influence of magnetic field on the structure and morphology of brushite during crystallization was purposed.