專利名稱：硅灰石納米纖維及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅灰石納米纖維及其制備方法和用途，屬生物材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，由于其獨特的性能，一維納米材料(包括納米線、納米管和納米棒等)及其應(yīng)用已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。利用廉價的原料制備一維納米材料也逐漸引起了人們越來越多的關(guān)注。由于其獨特的力學(xué)性能，一維納米材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制備納米器件、高強度陶瓷，以及用于納米結(jié)構(gòu)材料的填料等。
硅灰石(CaSiO3)是一種新型的非金屬礦物資源，由于其具有獨特的礦物學(xué)特性和物化性能，所以其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。目前硅灰石主要用于陶瓷工業(yè)，以及用在塑料、橡膠等聚合物的填料。硅灰石用作生物材料的研究近年來也引起了人們的關(guān)注。
硅灰石用作生物材料的研究源于T.Kokubo等人發(fā)明的A-W玻璃陶瓷，它是目前已知的力學(xué)性能最好的生物活性陶瓷材料。硅灰石作為A-W玻璃陶瓷中兩種微晶相之一(另一種為磷灰石)，不僅對A-W玻璃陶瓷的力學(xué)性能具有重要貢獻，而且同時還有很高的生物活性。T.Kokubo在研究了CaO-SiO2-P2O5體系生物活性玻璃后指出具不同功能的各種生物活性材料可在CaO-SiO2基生物玻璃的基礎(chǔ)上開發(fā)出來。有鑒于此，生物材料領(lǐng)域?qū)W著開始擯棄“磷是生物材料中必不可少的組分”這一傳統(tǒng)觀點，轉(zhuǎn)而對硅灰石陶瓷及CaO-SiO2系生物玻璃等生物材料進行研究。迄今已有不少關(guān)于硅灰石生物陶瓷的文章及發(fā)明專利。基于提高復(fù)合生物材料的力學(xué)性能及生物活性的考慮，也有相當多的研究把硅灰石用于聚合物填充材料，并取得了良好的結(jié)果。
無機纖維材料用于增強陶瓷和高分子材料的研究已經(jīng)有諸多報導(dǎo)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高強高韌材料的制備。在生物材料領(lǐng)域，利用羥基磷灰石纖維和碳纖維增強高分子及生物陶瓷的研究也有諸多報導(dǎo)，且增強效果明顯。然而到目前為止硅灰石納米纖維還未見相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種硅灰石納米纖維及其制備方法和用途。
采用水熱方法制備的硅灰石純度高，直徑約在50-200nm左右，長度小于20μm，一般在8-20μm。
本發(fā)明提供的硅灰石納米纖維的制備方法本制備方法以Ca(NO3)2為鈣源，正硅酸乙酯(TEOS)為硅源，包括兩個步驟一是用水熱法制備硬硅鈣石納米纖維；二是將硬硅鈣石納米纖維在空氣氣氛下煅燒，使之脫水并發(fā)生相變，獲得硅灰石納米纖維。
具體方案如下首先，分別配置濃度不高于3M的可溶性鈣鹽(如Ca(NO3)2)和濃度不高于6M的NaOH溶液，將NaOH的溶液滴加到Ca(NO3)2溶液中，生成白色的(CaOH)2沉淀，并繼續(xù)滴加NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至9-14。配置濃度高于0.3％的表面活性劑(如十六烷基三甲基氨溴(CTAB)、十二烷基磺酸鈉(SDS))溶液，并加入與Ca(NO3)2等摩爾量的TEOS，超聲分散至乳濁液?；旌螩a(OH)2和TEOS乳濁液，將混合物裝入高壓釜中，在120-220℃下保溫20-50小時。將生成的白色沉淀分別用去離子水和無水乙醇洗滌，置于30-100℃烘箱內(nèi)經(jīng)24-108小時烘干，得到硬硅鈣石納米纖維。將硬硅鈣石納米纖維600-900℃煅燒1-5小時后，得到硅灰石納米纖維。
本發(fā)明首次提供了硅灰石納米纖維的制備方法，且方法簡單方便、成本不高，所制備的納米纖維尺寸均勻。
本發(fā)明提供的方法制備的硅灰石納米纖維純度高，除Ca、Si、O外不含其他元素，Ca/Si比值為0.85，接近硅灰石的理論化學(xué)配比1.0。
利用本發(fā)明制備的硅灰石納米纖維純度較高，符合醫(yī)學(xué)應(yīng)用要求。所制得的硅灰石納米纖維直徑在納米級別，且長徑比較大。
基于一維納米材料獨特的力學(xué)性能，硅灰石納米纖維將在提高生物陶瓷和復(fù)合材料力學(xué)性能方面起重要作用?？捎糜谥苽涓邚姸鹊纳锾沾刹牧霞皬?fù)合材料。


圖1和圖2分別為所制備的硬硅鈣石納米纖維的TEM照片和XRD圖譜。由圖1的TEM分析可知，所制得的硬硅鈣石納米纖維直徑50-200nm，長度10-15μm。
圖3和圖4分別為所制備的硅灰石納米纖維的TEM照片和XRD圖譜，其中圖3的插圖為納米纖維的SAD分析。經(jīng)800℃煅燒2h后，由圖4的XRD分析可知，硬硅鈣石轉(zhuǎn)變?yōu)楣杌沂?，而圖3的TEM圖像表明，納米纖維的形貌保持不變。從圖3中的SAD圖譜可知，所得硅灰石納米纖維為單晶纖維。
圖5為所制備的硅灰石納米纖維的EDS分析，表明納米纖維主要由Ca、Si、O三種元素組成。
具體實施例方式
下面結(jié)合實例對本發(fā)明作進一步說明，但它們并不是對本發(fā)明作任何限制。
實施例1(1)2.52g NaOH和5.52g Ca(NO3)2分別溶入30ml H2O中，攪拌至溶解澄清。
(2)攪拌Ca(NO3)2溶液，并將NaOH溶液滴加到其中，生成Ca(OH)2白色沉淀。滴加完成后懸濁液pH約為12.75。
(3)0.45g CTAB溶入90ml H2O中，然后加入6ml TEOS，超聲分散至形成乳濁液。
(4)將TEOS的乳濁液和Ca(OH)2懸濁液混合，攪拌均勻后裝入高壓釜中，置于烘箱內(nèi)180℃水熱30h?；旌虾髉H約為11.8。
(5)待高壓釜自然冷卻后，打開高壓釜，抽濾去溶液。用去離子水和無水乙醇分別反復(fù)清洗反應(yīng)所得沉淀，然后置于60℃烘箱內(nèi)干燥72h。
(6)在高溫爐中、空氣氣氛下，800℃經(jīng)2h煅燒得到硅灰石納米纖維。
EDS分析表明，表明納米纖維主要由Ca、Si、O三種元素組成，Ca/Si為0.83。
實施例2(1)2.52g NaOH和5.52g Ca(NO3)2分別溶入30ml H2O中，攪拌至溶解澄清。
(2)攪拌Ca(NO3)2溶液，并將NaOH溶液滴加到其中，生成Ca(OH)2白色沉淀。滴加完成后懸濁液pH約為12.75。
(3)0.7g SDS溶入90ml H2O中，然后加入6ml TEOS，超聲分散至形成乳濁液。
(4)將TEOS的乳濁液和Ca(OH)2懸濁液混合，攪拌均勻后裝入高壓釜中，置于烘箱內(nèi)180℃水熱30h?；旌虾髉H約為11.8。
(5)待高壓釜自然冷卻后，打開高壓釜，抽濾去溶液。用去離子水和無水乙醇分別反復(fù)清洗反應(yīng)所得沉淀，然后置于60℃烘箱內(nèi)干燥72h。
(6)在高溫爐中、空氣氣氛下，800℃經(jīng)2h煅燒得到硅灰石納米纖維。
EDS分析表明，表明納米纖維主要由Ca、Si、O三種元素組成，Ca/Si為0.85。
實施例3(1)2.52g NaOH和2.59g CaCl2分別溶入30ml H2O中，攪拌至溶解澄清。
(2)攪拌CaCl2溶液，并將NaOH溶液滴加到其中，生成Ca(OH)2白色沉淀。滴加完成后懸濁液pH約為12.75。
(3)0.45g CTAB溶入90ml H2O中，然后加入6ml TEOS，超聲分散至形成乳濁液。
(4)將TEOS的乳濁液和Ca(OH)2懸濁液混合，攪拌均勻后裝入高壓釜中，置于烘箱內(nèi)180℃水熱30h?；旌虾髉H約為11.8。
(5)待高壓釜自然冷卻后，打開高壓釜，抽濾去溶液。用去離子水和無水乙醇分別反復(fù)清洗反應(yīng)所得沉淀，然后置于60℃烘箱內(nèi)干燥72h。
(6)在高溫爐中、空氣氣氛下，800℃經(jīng)2h煅燒得到硅灰石納米纖維。
EDS分析表明，表明納米纖維主要由Ca、Si、O三種元素組成，Ca/Si為0.84。
表1本發(fā)明三實施例制備的硅灰石納米纖維的化學(xué)成分，

權(quán)利要求
1.一種硅灰石納米纖維，其特征在于直徑為50-200nm，長度小于20μm。
2.按權(quán)利要求1所述的一種硅灰石納米纖維的制備方法，其特征在于以Ca(NO3)2為鈣源，正硅酸乙酯(TEOS)為硅源，用水熱法制備硬硅鈣石納米纖維后再將硬硅鈣石納米纖維在空氣氣氛下煅燒獲得硅灰石納米纖維。
3.按權(quán)利要求2所述的一種硅灰石納米纖維的制備方法，其特征在于所述的水熱法制備硬硅鈣石納米纖維包括下述步驟(1)分別配置的可溶性鈣鹽和的NaOH溶液，將NaOH的溶液加入Ca(NO3)2溶液中，生成(CaOH)2沉淀，并調(diào)節(jié)pH至9-14；(2)配置濃度高于0.3％的表面活性劑，并加入與Ca(NO3)2等摩爾量的正硅酸乙酯(TEOS)，超聲分散至乳濁液?；旌螩a(OH)2和TEOS，將混合物裝入高壓釜中，水熱反應(yīng)生成的白色沉淀，經(jīng)洗滌后烘干，得到硬硅鈣石納米纖維；所述的獲得硅灰石納米纖維的步驟是將硬硅鈣石納米纖維在600-900℃煅燒1-5小時后，得到硅灰石納米纖維。
4.按權(quán)利要求3所述的一種硅灰石納米纖維的制備方法，其特征在于所述的可溶性鈣鹽為Ca(NO3)2，濃度濃度不高于3M，NaOH溶液濃度不高于6M。
5.按權(quán)利要求3所述的一種硅灰石納米纖維的制備方法，其特征在于所述的表面活性劑是十六烷基三甲基氨溴(CTAB)或十二烷基磺酸鈉(SDS)。
6.一種硅灰石納米纖維可用于制備高強度的生物陶瓷材料及復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明首次提供了硅灰石納米纖維的制備方法。本發(fā)明采用正硅酸乙酯(TEOS)、可溶性鈣鹽和氫氧化鈉(NaOH)為原料，利用表面活性劑提供模板，在水熱條件下首先制備了硬硅鈣石(Ca
文檔編號C04B35/22GK1621344SQ20041006721
公開日2005年6月1日 申請日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月15日
發(fā)明者常江, 李小科 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所