肖鎮(zhèn)昆 吳 磊 米 饒 方 晴 宋小蘭 盧曉英 翁杰

(西南交通大學(xué)材料學(xué)院材料先進(jìn)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610031)

碳納米管對(duì)羥基磷灰石基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

肖鎮(zhèn)昆 吳 磊 米 饒 方 晴 宋小蘭 盧曉英＊翁杰

(西南交通大學(xué)材料學(xué)院材料先進(jìn)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610031)

將力學(xué)性能優(yōu)良的碳納米管(CNTs)與羥基磷灰石(HA)生物陶瓷相復(fù)合，發(fā)展CNTs/HA復(fù)合材料來(lái)應(yīng)用于骨組織修復(fù)領(lǐng)域，有望解決HA生物陶瓷力學(xué)性能的不足。通過(guò)3種不同的制備方法，即通過(guò)表面活性劑將CNTs分散在HA基體中、通過(guò)酸堿中和反應(yīng)將CNTs與HA共沉淀以及通過(guò)體外浸泡在CNTs上礦化生長(zhǎng)HA等方法來(lái)獲得CNTs/HA復(fù)合材料。深入研究CNTs的表面結(jié)構(gòu)和分散狀態(tài)對(duì)CNTs/HA復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，CNTs的添加改變了HA的脆性，導(dǎo)致復(fù)合材料抗壓力學(xué)性能得到提高。但是，由于復(fù)合材料制備方法的不同，導(dǎo)致CNTs在HA基體中的分散狀態(tài)、表面結(jié)構(gòu)的完整性以及與HA的界面結(jié)合情況不同，導(dǎo)致其抗壓力學(xué)性能不同。其中，通過(guò)表面活性劑將CNTs分散在HA基體中而獲得復(fù)合材料的抗壓力學(xué)性能表現(xiàn)最好，而CNTs與HA通過(guò)共沉淀法所獲得復(fù)合材料的抗壓力學(xué)性能表現(xiàn)最差。

羥基磷灰石；碳納米管；復(fù)合材料；力學(xué)性能

0 引言

羥基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)與自然骨的無(wú)機(jī)成分相似，具有良好生物相容性、骨引導(dǎo)性和骨誘導(dǎo)性[1-3]，是公認(rèn)的最有希望的骨組織修復(fù)材料，被廣泛用于骨缺損修復(fù)[4]。然而由于其脆性較大、易斷裂等不足，極大限制其在骨組織工程中的臨床應(yīng)用[5]?？刂艸A晶粒尺寸[6]或添加增強(qiáng)相[7]可改善其力學(xué)性能不足。碳納米管(Carbon nanotubes，CNTs)自1991年發(fā)現(xiàn)以后[8]，由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如優(yōu)良的導(dǎo)電性能[9]、良好的吸附能力[10]和較強(qiáng)的微波吸收能力[11]等，引起極大關(guān)注，并在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[12-15]。同時(shí)，CNTs具有相當(dāng)高的彈性模量和抗壓強(qiáng)度且密度較小[16]，被視為一種理想的增強(qiáng)材料[17]。因此，將CNTs與HA相復(fù)合，發(fā)展CNTs/HA復(fù)合材料，已成為骨生物材料的研究熱點(diǎn)。

目前，CNTs/HA復(fù)合材料的不同制備方法已有報(bào)道[18-21]，但均側(cè)重于對(duì)該復(fù)合材料的制備及結(jié)構(gòu)的表征，而對(duì)其力學(xué)性能的研究報(bào)道較少。對(duì)于CNTs/HA復(fù)合材料力學(xué)性能影響因素的研究，文獻(xiàn)中大多只考慮CNTs含量對(duì)CNTs/HA復(fù)合材料的影響[20-21]，而忽視CNTs在基體中的狀態(tài)對(duì)復(fù)合材料性能的影響。因此，本文采用3種不同的制備方式，即通過(guò)表面活性劑將CNTs均勻分散進(jìn)HA、通過(guò)酸堿中和反應(yīng)讓CNTs與HA共沉淀以及通過(guò)體外浸泡在CNTs上礦化生長(zhǎng)HA，分別制備CNTs/HA復(fù)合材料。深入探討了不同制備方法下復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間的關(guān)系，重點(diǎn)研究CNTs在HA基體中的分散性、結(jié)構(gòu)完整性以及CNTs與HA二者之間的界面作用對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。目前尚未見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)此工作進(jìn)行報(bào)道。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑

CNTs(純度＞95%，平均管徑50 nm，管長(zhǎng)10～20 μm)購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司；HA(平均粒度200 nm)購(gòu)自南京海泰納米材料有限公司；硅烷偶聯(lián)劑KH-792、濃硝酸、無(wú)水乙醇、Ca(NO3)2·4H2O、(NH4)2HPO4、氨水均為分析純，購(gòu)自四川成都市科龍化工試劑廠(chǎng)。

1.2 CNTs/HA復(fù)合粉體的制備

CNTs/HA復(fù)合粉體分別采用3種不同方法來(lái)制備。方法一為通過(guò)表面活性劑KH-792將CNTs分散進(jìn)HA而獲得CNTs/HA復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱(chēng)K法)，方法二為通過(guò)酸堿中和反應(yīng)將CNTs與HA共沉淀而獲得CNTs/HA復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱(chēng)C法)，方法三為通過(guò)體外浸泡在CNTs上礦化生長(zhǎng)HA而獲得CNTs/ HA復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱(chēng)J法)。具體制備流程如圖1所示。對(duì)于復(fù)合材料制備中CNTs的添加量，文獻(xiàn)報(bào)道大多集中在2wt%～10wt%的添加量[20-23]，因此本文采用在復(fù)合材料中添加CNTs含量為5wt%。為保證CNTs在復(fù)合材料中的良好分散性，實(shí)驗(yàn)均采用強(qiáng)酸氧化處理[24-25]來(lái)改變CNTs表面π電子，引入功能性含氧官能團(tuán)，進(jìn)而保證其在基體中的良好分散性。

圖1 CNTs/HA復(fù)合材料的制備流程圖Fig.1 Flowchart of preparation of CNTs/HA composites

其中，實(shí)驗(yàn)中CNTs的酸化處理均按照文獻(xiàn)[25]的方法進(jìn)行。大致過(guò)程為：將1 g CNTs加入到100 mL濃硝酸中，在120℃的油浴鍋中攪拌處理4 h，過(guò)濾，用蒸餾水反復(fù)漂洗至中性，干燥備用。在制備K法中，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程控制溫度為80℃；KH-792用量為mKH-792/(mHA+mCNTs)為6%。制備C法中，nCa/nP= 1.67。制備J法中，SBF的配方參見(jiàn)文獻(xiàn)[26]且隔天換液；HA粉末用量則是根據(jù)礦化粉末的熱分析結(jié)果來(lái)確定，目的為保證CNTs在復(fù)合粉末中的含量為5wt%。在3種制備方法中，樣品均用蒸餾水和無(wú)水乙醇反復(fù)漂洗至中性，最后在60℃下干燥備用。

1.3 CNTs/HA多孔復(fù)合支架的制備

將所得的3種CNTs/HA復(fù)合粉末，按照文獻(xiàn)[26]采用添加致孔劑的方法來(lái)制備多孔支架(φ 6 mm× 13 mm)。將支架樣品置于真空燒結(jié)爐(德國(guó)VMK-1800-special)中，以2℃·min-1的升溫速度從室溫開(kāi)始，升至1 000℃時(shí)，保溫2 h，隨爐冷卻，待冷卻后將樣品取出備用。同時(shí)，以純HA粉末為原料，按照相同工藝制備多孔HA為對(duì)照樣品。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)添加致孔劑的用量來(lái)保證所有支架的孔隙率為50%～55%。

1.4 復(fù)合材料的檢測(cè)與表征

采用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀(FT-IR，美國(guó)Nicolet-5700)、X射線(xiàn)衍射分析儀(XRD，荷蘭X′Pert Pro MPD)對(duì)所得復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。其中，F(xiàn)T-IR采用KBr壓片法，XRD工作條件為Cu靶Kα射線(xiàn)，管壓40 kV，管電流100 mA，掃描范圍2θ=10°～70°；并用掃描電子顯微鏡(SEM，美國(guó)FEI Quanta 200)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM，日本JEOL 4000EX)對(duì)復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(英國(guó)Instron-5567)對(duì)CNTs/HA多孔支架進(jìn)行力學(xué)性能的檢測(cè)，壓頭速度5 mm·min-1。

2 結(jié)果與討論

用K法制備CNTs/HA復(fù)合材料時(shí)，為檢測(cè)表面活性劑KH-792是否同時(shí)橋連上CNTs和HA，實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行FT-IR的檢測(cè)，其結(jié)果如圖2所示。

圖2 K法制備CNTs/HA復(fù)合材料的FT-IR圖Fig.2 FT-IR spectra of CNTs/HA composites prepared by K method

由圖可知，除去565～570 cm-1、1 090～1 106 cm-1處為PO43-的吸收峰外，復(fù)合材料的FT-IR圖譜在3 450～3 560 cm-1處還出現(xiàn)更寬吸收峰帶。這除了硅烷水解后生成硅醇所帶的O-H伸縮振動(dòng)峰外，還包含KH-792所引入的-NH2的伸縮振動(dòng)峰(3 385～3 125 cm-1處)。同時(shí)，還在952 cm-1處出現(xiàn)-Si-O-P基團(tuán)的吸收峰。復(fù)合材料中-Si-O-P基團(tuán)的存在，證明KH-792與HA發(fā)生化學(xué)鍵合作用。主要是由于KH-792溶于乙醇溶液后發(fā)生水解生成Si-OH，可與HA的PO43-作用，形成穩(wěn)定的-Si-O-P鍵。并且通過(guò)內(nèi)標(biāo)法發(fā)現(xiàn)位于1 640 cm-1處-NH2吸收峰的吸收強(qiáng)度減弱，以及吸收峰的位置發(fā)生紅移，說(shuō)明KH-792上的部分-NH2與CNTs上的-COOH發(fā)生化學(xué)作用，從而將HA與CNTs連接在一起，起到橋梁劑的效果。同時(shí)在3 578 cm-1處，HA上的-OH吸收峰減小變?nèi)酰⒊霈F(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象，說(shuō)明HA上的-OH參與反應(yīng)，可能與酸化CNTs上的-COOH基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵合作用，進(jìn)而使得CNTs與HA的界面結(jié)合更為緊密。通過(guò)以上分析可以證明KH-792的使用，可與CNTs和HA分別結(jié)合，起到橋梁劑的效果。

3種CNTs/HA多孔支架的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)如圖3所示。由圖可知，對(duì)于對(duì)照樣品HA支架的應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn)來(lái)說(shuō)(圖3a)，當(dāng)施加壓縮應(yīng)力載荷時(shí)，支架受壓產(chǎn)生形變，多孔孔隙結(jié)構(gòu)變形吸收能量，當(dāng)進(jìn)一步壓縮達(dá)到極限壓縮應(yīng)力時(shí)，表面較脆的HA支架將產(chǎn)生微裂紋，使HA結(jié)構(gòu)完全破壞，表現(xiàn)出較大的脆性。而對(duì)其它3種CNTs/HA多孔復(fù)合支架來(lái)說(shuō)，則表現(xiàn)出不同于對(duì)照樣品HA支架的應(yīng)力－應(yīng)變行為，整體呈現(xiàn)出一定的塑性形變行為。當(dāng)施加壓縮應(yīng)力達(dá)到極限時(shí)，支架中產(chǎn)生的微裂紋將被CNTs阻止，它能以銀紋和剪切帶的方式吸收復(fù)合材料中微裂紋的擴(kuò)展功，阻止裂紋的產(chǎn)生和材料破壞，使得該復(fù)合材料表現(xiàn)出較大的韌性來(lái)。尤其是用J法制備的CNTs/HA復(fù)合支架，在極限壓縮應(yīng)力條件下，出現(xiàn)典型的壓縮應(yīng)力平臺(tái)，其應(yīng)變達(dá)到11%左右(圖3d)。由于3種CNTs/HA復(fù)合支架材料的制備方法不同，CNTs在HA基體中的存在狀態(tài)以及與HA的界面結(jié)合均不同，因此在3種復(fù)合支架中CNTs表現(xiàn)出不同的增韌效果。

圖3CNTs/HA多孔復(fù)合支架的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)Fig.3 Stress-strain curves of porous CNTs/HA composites scaffolds

圖4 為3種不同制備方法下獲得CNTs/HA多孔支架的抗壓強(qiáng)度和楊氏模量。由圖可知，由于復(fù)合支架中CNTs的存在，其表現(xiàn)出明顯的“增強(qiáng)”效應(yīng)，使得3種CNTs/HA復(fù)合支架的抗壓強(qiáng)度均高于對(duì)照樣品多孔HA的抗壓強(qiáng)度，能與人體松質(zhì)骨的抗壓強(qiáng)度相當(dāng)(2～12 MPa)[27]。其中，抗壓強(qiáng)度最高的是J法所制備的CNTs/HA多孔材料，其抗壓強(qiáng)度為純HA支架抗壓強(qiáng)度的1.3倍。而抗壓強(qiáng)度最差的是以C法所制備的CNTs/HA多孔材料，其抗壓強(qiáng)度僅為純HA支架抗壓強(qiáng)度的1.1倍。從壓縮彈性模量來(lái)看，雖然HA在壓縮載荷條件下，其多孔結(jié)構(gòu)能在一定程度上吸收壓縮能量，但是無(wú)法徹底改變HA材料的脆性本質(zhì)，因此認(rèn)為對(duì)照樣品純HA材料沒(méi)有韌性，其楊氏模量為零。而對(duì)于CNTs/ HA多孔材料來(lái)說(shuō)，由于中空納米管狀CNTs的存在，其高的強(qiáng)度和模量使得在裂紋發(fā)生時(shí)，為裂紋進(jìn)一步的擴(kuò)展設(shè)置較高的勢(shì)壘，減少應(yīng)力在一些區(qū)域高度集中，使裂紋方向發(fā)生部分偏轉(zhuǎn)，阻止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，進(jìn)而提高復(fù)合材料的韌性和強(qiáng)度。由于CNTs在HA中的存在狀態(tài)及與HA的界面結(jié)合狀態(tài)不同，導(dǎo)致3種CNTs/HA多孔材料的抗壓強(qiáng)度和楊氏模量不同。其中以K法所獲得的復(fù)合材料的力學(xué)性能表現(xiàn)最好，其平均抗壓強(qiáng)度為(5.6±0.21) MPa，平均楊氏模量為(148.6±3.84)MPa。以C法獲得的復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度和楊氏模量表現(xiàn)最差。這可能是由于制備方法中CNTs的酸處理和長(zhǎng)時(shí)間攪拌導(dǎo)致復(fù)合材料中CNTs的管狀結(jié)構(gòu)及管長(zhǎng)受到較大損害，CNTs在HA中的團(tuán)聚以及與HA的界面結(jié)合不牢固所致。

圖4 CNTs/HA多孔復(fù)合支架的抗壓強(qiáng)度和楊氏模量Fig.4 Compress strength and Young′s modulus of porous CNTs/HA composites scaffolds

圖53 種制備方法所獲得的CNTs/HA復(fù)合材料的XRD圖Fig.5 XRD patterns of CNTs/HA composites prepared by three different methods

為分析3種CNTs/HA復(fù)合材料力學(xué)性能差異性的影響因素，實(shí)驗(yàn)中對(duì)3種復(fù)合材料進(jìn)行物相分析，結(jié)果如圖5所示。由圖可知，在不同制備方法下所得復(fù)合材料的物相組成大致相同，主要由CNTs和HA晶體組成，說(shuō)明制備方法的不同并不影響復(fù)合材料的物相組成。并且還可看出，在C法和J法所制備的CNTs/HA復(fù)合材料中，HA晶體在2θ為32°處的三大主基衍射峰已絡(luò)合成為一個(gè)大的衍射吸收峰，說(shuō)明復(fù)合材料中HA的結(jié)晶度較低，晶體尺寸較小。而K法所制備的CNTs/HA復(fù)合材料中，HA的特征衍射峰較尖銳，說(shuō)明復(fù)合材料中HA的結(jié)晶度較高，晶體尺寸較大。通過(guò)謝樂(lè)公式[28]的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)3種復(fù)合材料中HA晶體尺寸均在納米級(jí)。結(jié)合圖4復(fù)合材料的抗壓力學(xué)性能來(lái)看，由于K法所得復(fù)合材料中HA的結(jié)晶度要高于其它2種方法，因此其抗壓力學(xué)性能優(yōu)于C法和J法所得復(fù)合材料。

為深入分析3種CNTs/HA復(fù)合材料力學(xué)性能的差異，實(shí)驗(yàn)中對(duì)復(fù)合支架的斷面進(jìn)行SEM觀察，其結(jié)果如圖6所示。由圖6a可知，在K法所制的CNTs/HA多孔支架中，由于KH-792表面活性劑的使用，CNTs與HA基體之間的界面相容性好。CNTs管長(zhǎng)的損壞程度較小，長(zhǎng)為6～15 μm的CNTs呈舒展態(tài)，均勻地嵌在HA基體中。并且CNTs在HA基體中呈現(xiàn)出網(wǎng)狀排列，即有垂直于應(yīng)力方向的CNTs，也有與應(yīng)力方向一致的CNTs。因此，當(dāng)有壓縮載荷出現(xiàn)時(shí)，它能承擔(dān)大部分的外加應(yīng)力，而且在斷裂過(guò)程中以“拔出功”的形式來(lái)消耗能量，起到有效提高斷裂能的效果[29]。因此，對(duì)整個(gè)復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，CNTs表現(xiàn)出既增強(qiáng)又增韌的效果，使得其抗壓強(qiáng)度和抗壓彈性模量均較高。而用C法制備的CNTs/HA多孔支架中，如圖6b所示，CNTs與HA基體之間的界面相容性較差。CNTs在HA基體中團(tuán)聚分布，且CNTs的管長(zhǎng)多數(shù)已被破壞，形成長(zhǎng)約1 μm的短CNTs。并且這些短CNTs在HA基體中主要與外應(yīng)力方向垂直排列，即與復(fù)合支架中產(chǎn)生裂紋的擴(kuò)展方向一致，因此CNTs對(duì)該復(fù)合材料力學(xué)性能的提高有限[27]。而用J法所制備的CNTs/HA多孔支架(圖6c)中，CNTs與HA基體之間的界面相容性較好，CNTs被HA陶瓷包裹，露出斷頭，HA顆粒間連接緊密。CNTs管長(zhǎng)受到一定的破壞，形成長(zhǎng)約2～3 μm的短CNTs。當(dāng)復(fù)合支架受到壓縮載荷時(shí)，由于短CNTs的存在，使得HA基體抗壓縮能力得到提高。當(dāng)壓力進(jìn)一步增加，達(dá)到HA基體的斷裂強(qiáng)度值時(shí)，全部載荷將轉(zhuǎn)移到短CNTs上。由于CNTs與HA間主要以離子鍵的方式作用，界面結(jié)合作用力不強(qiáng)，使得CNTs轉(zhuǎn)移應(yīng)力的能力有限，以及在斷裂過(guò)程中以“拔出功”的形式來(lái)消耗能量較高，因此對(duì)整個(gè)復(fù)合多孔支架韌性的增加有限。

圖7為3種復(fù)合方式制備的CNTs/HA復(fù)合材料的HRTEM圖。從圖7a中可看出，K法所制備的CNTs/HA材料中，CNTs的管壁不夠光滑，管壁上的石墨層顯示出一定的破壞，這主要與CNTs的酸化處理有關(guān)[30]。同時(shí)HA晶體鑲嵌沉積在CNTs的管壁上，二者的晶格界限不明顯，說(shuō)明HA和CNTs之間的化學(xué)作用很緊密。在C法制備的CNTs/HA材料中，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的攪拌以及強(qiáng)酸處理，使得CNTs的管長(zhǎng)被嚴(yán)重削短，且CNTs管壁受到嚴(yán)重破壞，管壁極不光滑，管壁表面出現(xiàn)較多凹陷的地方(如圖7b中白色箭頭所示)。并且HA晶體在CNTs管壁的局部區(qū)域沉積生長(zhǎng)，沉積生長(zhǎng)界面處的二者晶格界限不太明顯，說(shuō)明CNTs和HA二者之間存在較強(qiáng)的化學(xué)作用，與Meng等的研究結(jié)果一致[31]。用J法所制備的CNTs/HA材料中，CNTs的管壁不光滑，管壁局部區(qū)域出現(xiàn)一定程度的損害(如圖7c中白色箭頭所示)。同時(shí)還觀察到沉積在CNTs管壁上的HA晶體，總是出現(xiàn)在CNTs管壁的受損區(qū)域(如圖7c中黑色箭頭所示)。在該區(qū)域處，CNTs和HA二者之間的晶格界限較為明顯，說(shuō)明HA和CNTs之間的作用力較弱，二者主要以離子鍵的方式發(fā)生化學(xué)作用[32]。結(jié)合以上分析，3種制備方法對(duì)復(fù)合材料中CNTs結(jié)構(gòu)的完整性都具有一定的破壞，主要表現(xiàn)在對(duì)CNTs的管壁和管長(zhǎng)上的破壞。結(jié)合SEM觀察結(jié)果可知，K法對(duì)復(fù)合材料中CNTs完整結(jié)構(gòu)的破壞性最小，而C法對(duì)復(fù)合材料中CNTs完整結(jié)構(gòu)的破壞性最大。正是由于K法所得復(fù)合材料中CNTs完整結(jié)構(gòu)的破壞最小，且有著KH-792良好的橋連作用，使得CNTs在HA中分散均勻，二者的界面相容性在三者中最好，才導(dǎo)致其抗壓力學(xué)性能表現(xiàn)最好。

圖6 3種CNTs/HA多孔復(fù)合支架的斷面SEM圖Fig.6 Cross-section SEM images of CNTs/HA composites scaffolds

圖7 3種CNTs/HA復(fù)合材料的HRTEM圖Fig.7 HRTEM photos of CNTs/HA composites

3 結(jié)論

(1)通過(guò)3種不同的制備方法，成功的制備出CNTs/HA復(fù)合材料；

(2)3種不同制備方法下的CNTs/HA多孔支架，由于CNTs的存在，在壓縮應(yīng)力下表現(xiàn)出一定的塑性性能，其抗壓力學(xué)性能均優(yōu)于純HA多孔支架的抗壓力學(xué)性能；

(3)不同的制備方法對(duì)CNTs/HA多孔支架的抗壓力學(xué)性能的影響不同。其中K法所制備的復(fù)合支架的抗壓力學(xué)性能最佳，而C法所制備的復(fù)合支架的抗壓力學(xué)性能最差；

(4)不同的制備方法并不影響CNTs/HA復(fù)合材料的主要物相組成，但是對(duì)其顯微結(jié)構(gòu)尤其是對(duì)CNTs的分散性、結(jié)構(gòu)完整性以及與HA的界面相容性影響較大。其中采用K法所制備的CNTs/HA復(fù)合材料中，CNTs能在HA中均勻分散，CNTs完整結(jié)構(gòu)的破損較小，且與HA的界面相容性較好。

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Effect of Carbon Nanotubes on the Mechanical Properties of Carbon Nanotubes/Hydroxyapatite Composites

XIAO Zhen-KunWU LeiMI RaoFANG QingSONG Xiao-LanLU Xiao-Ying＊WENG Jie
(Key Lab of Advanced Materials Technology of Ministry of Education, School of Material Science&Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)

In order to overcome the brittleness of hydroxyapatite(HA)bioceramics,it is suggested to be an efficient approach to fabricate carbon nanotubes(CNTs)/HA composites by compounding CNTs with HA for the clinic applications in bone tissue engineering.CNTs/HA composites had been fabricated by three different methods,that was CNTs dispersing into HA with the addition of surfactant,CNTs coprecipitating with HA via an acid-base reaction,and HA growing on CNTs by a mineralization approach.The results showed that CNTs/HA composites exhibited a certain plastic deformation under the compress load condition and the compressive mechanical properties had been increased owing to the existence of CNTs in these composites.For the uniform distribution and network array of CNTs with slightly damaged structure in HA matrix and good interfacial bonding between CNTs and HA,CNTs/HA composites prepared by CNTs dispersing into HA with the addition of surfactant have the best compressive mechanical properties.However,CNTs/HA composites prepared by CNTs coprecipitating with HA via an acid-base reactionhave the worst compressive mechanical properties for the uneven distribution and aggregating array of CNTs with greatly damaged structure in HA matrix.

hydroxyapatite;carbon nanotubes;composite;mechanical property

O613.71；TB332

A

1001-4861(2015)01-0114-07

10.11862/CJIC.2015.036

2014-07-23。收修改稿日期：2014-10-30。

973項(xiàng)目(No.2012CB933602)、國(guó)家自然科學(xué)基金(No.51172188)、西南交通大學(xué)國(guó)創(chuàng)項(xiàng)目(No.201410613005)、工程實(shí)踐項(xiàng)目(No.ZD201314014)資助。

＊通訊聯(lián)系人。E-mail：luxy2005@swjtu.cn