نقش انرژی مکانیکی بر بهینه سازی دما در سنتز حرارتی پودر نانو ساختار(کریستال) β-TCP

محورهای موضوعی : بیومواد

نیوشا رفیعایی ¹ (دانشجوی کارشناسی ارشد، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران)
ابراهیم کرمیان ² (دانشیار، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران)

تاریخ دریافت : 1394/06/14 تاریخ پذیرش : 1396/07/10 تاریخ انتشار : 1396/06/01

کلید واژه: نانو ساختار, بتا-تری کلسیم فسفات, فعال سازی مکانیکی, سنتز حرارتی,

چکیده مقاله :

در این تحقیق از فرایند فعال سازی مکانیکی و سنتز حرارتی(حالت جامد) برای تهیه پودر نانو ساختار بتا-تری کلسیم فسفات (β-TCP) با هدف انرژی حرارتی استفاده شد. فرایند فعال سازی مکانیکی بر روی پودر کلسیت و پودر پنتا اکسید فسفر به ترتیب 67 درصد وزنی و33 درصد وزنی توسط آسیاکاری گلوله ای سیاره ای به مدت 10 ساعت انجام شد. سپس نمونه های پودری فعال شده جهت عملیات سنتز حرارتی در دو دمای متفاوت900°C و 1000°C به مدت 2 ساعت در کوره قرار داده شد. همچنین یک نمونه شاهد از پودرهای مواد اولیه با نسبت های ذکر شده بدون فرایند فعال سازی مکانیکی در دمای°C900 به مدت 2 ساعت در کوره قرار داده شد. ساختار نمونه های تهیه شده به وسیله مطالعات XRD و SEMمشخصه یابی شد. همچنین آنالیز عنصری پودر بتا-تری کلسیم فسفات توسط روش XRF انجام شد. به منظور تعیین اندازه دانه بلورک ها(کریستال ها) از روش شرر اصلاح شده استفاده شد. بررسی های ساختاری نشان داد که نمونه های فعال سازی شده در هر دو دما منجر به تشکیل فاز بتا-تری کلسیم فسفات شده با اندازه بلورک ها در محدوده 40 تا70 نانومتر گزارش گردید. نتایج نشان داد مقدار انرژی مکانیکی انتقالی بر واحد وزن مواد اولیه 11.2 MJ/gمنجر به کاهش دمای سنتز تا درجه حرارت های حدود°C 900 گردید.

چکیده انگلیسی:

In this Research, the mechanical activation process and thermal synthesis of solid-state method with the aim of optimize thermal energy are used for the preparation of nanostructured powder of beta-tricalcium phosphate (β-TCP). The process of mechanical activation on calcite and phosphorus Panta-oxide powders, 67 wt. % and 33 wt. % respectively are used in planetary ball mill for 10 hours. Next, the activated powder for thermal synthesis, is heated in two different temperatures, 900 ° C and 1000 ° C for 2 hours in furnace. Also, a sample of the raw materials that listed without mechanical activation process heated at 900 ° C for 2 hours. Samples structures are characterized by studies of XRD and SEM. for elemental analysis of Beta-tricalcium phosphate powder XRF method is used. To evaluate crystallite size (crystals), modified Scherrer method is used. Structural studies showed that activated samples at both temperature leading to formation of beta-tricalcium phosphate phase. Crystal size of samples are reported in a range of 40 to 70 nm. The result showed that energy transferred to the starting materials (11.2 MJ/g), causes the materials to be mechanically activated and leads to synthesis temperature reduces to 900 ˚C.

منابع و مأخذ:

 

[1]    M. Epple, K. Ganesan & R. Heumann, “Application of calcium phosphate nanoparticles in biomedicine,” Journal of Materials Chemistry, View at Publisher View at Google Scholar View at Scopus, Vol. 20, No. 1, pp. 18–23, 2010.

 

[2]    L. L. Hench & J. Wilson, “An Introduction to Bioceramicsˮ, World Scientific, 1993.

 

[3]    R. Z. LeGeros, “Calcium phosphate materials in restorative dentistry: a review”, Advances in Dental Research, View at Scopus, Vol. 2, No. 1, pp. 164–180, 1988.

 

[4]    L. L. Hench, “Bioceramics: from concept to clinic,” Journal of the American Ceramic Society, Vol. 74, pp. 1487–1510, 1991.

 

[5]      ن. رفیعی و ابراهیم کرمیان، "بررسی زیست فعالی نانو کامپوزیت آپاتیت طبیعی_دیوپساید متراکم سازی شده به روش سینترینگ دو مرحله ای جهت مصارف پزشکی"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایند های نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 2، تابستان 1395، صفحه 97-103.

 

[6]      پ. رضوانیان، پایان نامه، تولید و مشخصه یابی فوم نانوکامپوزیت بتا-تری کلسیم فسفات – فورستریت، دانشگاه صنعتی، دانشکده مواد، 1391.

 

[7]    S. J. Kalita, B. Cium, A. hardwaj & H. B. hatt, A. Science, “Nanocrystalline calcium phosphates ceramics in biomedical engineeringˮ, Material Science and engineering, Vol. 27C, pp. 441-449, 2007.

 

[8]    R. W. N. Nilen & P. W. Richter, “The thermal stability of hydroxyapatite in biphasic calcium phosphate ceamicsˮ, Journal of Materials:Material in Medicine, Vol. 19, No. 4, pp. 1693-1702, 2008.

 

[9]    B. Chen, Z. Zhang, J. Zhang, Q. Lin & D. Jiang, “Fabrication and Mechanical properties of β-TCP piees by Gel-Casting methodˮ, Mechanical science and engineering, Vol. 28C, pp. 1052-1056, 2008.

 

[10] K. De Groot, “Clinical applications of Calcium phosphate biomaterials:A reviewˮ, Ceramic International, Vol 19, pp. 363-366, 1993.

 

[11] S. Tai, J. Y.Cheng, H. Ishii, Sh. Akimoto, T. Satoh, K. Yamamoto, T. Nakajima , S. Karaki, E. Suzuki, K. Yamaguchi & K. Maruyam, “Characterization of beta-tricalcium phosphate as a novel immunomodulatorˮ, International Immunopharmacology, Vol. 19, pp. 45–51, 2014.

 

[12]    م. خرازی ها، پایان نامه، تهیه و مشخصه یابی پودر نانومتری فورستریت به روش آلیاژسازی مکانیکی سل-ژل، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی مواد، 1387.

 

[13] M. S. Eskandarany, “Mechanical alloying for fabrication of advanced materials,Norwich,New yorkˮ, William Andrew publishing, pp. 35-41, 2001.

 

[14] M. Abdellshi & M. Bahmanpour, “A novel Technology Minimizing the Synthesis time of Nano structured powders in planetary Millsˮ, Materials Research, Vol. 17, No. 3, pp. 7-22, 2014.

 

[15]    ا. منشی و س. سلطان عطار، " به کارگیری روشی نوین در اندازه گیری نانو ذرات با استفاده از رابطه شرر و پراش پرتو ایکس"، فصلنامه علمی تخصصی مهندسی مواد مجلسی، سال دوم، شماره ششم، ص. 18-9، پاییز 1387.

 

[16]    م. جلالی، ا. ع. نوربخش و ا. منشی، "اثر افزودنی نانو اسپینل آلومینا-منیزیا بر مقاومت هیدراتاسیون جرمهای ریختنی بدون سیمان منیزیایی"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایند های نوین در مهندسی مواد ، دوره 9، شماره 2، ، صفحه 67-76، تابستان 1394.