仿生人工骨修复材料研究

骨缺损修复材料是临床需求量最大的生物医用材料之一.自体骨和异体骨移植的局限性使得研发优异的人工骨修复材料意义重大.通过模仿天然骨本身的成分、结构特性及生物矿化过程,对材料的组成、结构进行设计与调控,可以获得新型仿生人工骨修复材料,这已成为生物材料发展的主要趋势之一.文中概述了仿生人工骨修复材料的研究进展,重点介绍本课题组的相关研究,即类骨微纳米磷酸钙矿物的仿生合成、生物医用高分子仿生纳米纤维支架的制备和具有多级孔结构的自固化磷酸钙基骨修复材料的构建.     

吉木萨尔陆相页岩油微观赋存类型

为了更好地认识页岩油微观赋存状态及类型,避免实验过程中水钻取样对原油分布的影响,选取吉木萨尔页岩典型含油岩芯,采用全程液氮钻、切、磨制样工序,通过全能谱扫描电子显微镜、二次电子成像及背散射相结合的技术手段,获得微观储层矿物类型和结构、储集空间类型、形貌以及C, O, Si, Al, Ca, K, Na,Mg等元素在微、纳米尺度的分布。依据去除矿物因素后的C元素含量分布,判别原油在微、纳米空间尺度的富集程度。结合矿物岩石组构和储集空间形貌,对微、纳米尺度页岩油原油的赋存状态及分布类型进行直观的定量表征,并基于C元素含量推测微观含油饱和度的相对变化。针对原油与孔喉的配置关系,进行储层微观孔喉结构与原油赋存状态的表征,明确原油赋存类型。总结出研究区4种微观原油赋存类型:白云质溶蚀微米级大孔道中的可动油、砂质粒间微纳米级孔中可动油、砂质粒间孔喉壁吸附的半束缚状态的油膜以及自生黏土矿物晶间孔内束缚油。     

钛种植体表面构筑多级微/纳米活性结构的研究

经喷砂的钛基体在H2SO4和HCl混合溶液中进行酸蚀,随后在HF溶液中恒电压下进行阳极氧化,构筑具有多级微/纳米复合结构膜层,并对不同表面处理样品进行体外实验,观察其生物活性.利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱色散仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)表征其表面形貌、化学组成及晶型.结果表明,采用喷砂酸蚀,钛表面形成10~20μm喷砂凹陷及5~8μm酸蚀坑构成两级微米级结构,阳极氧化构造出10nm左右的纳米级第3级结构.体外实验显示,多级微/纳米复合结构样品相对于对照组具有更好的生物活性.通过表面多级结构的构筑及热处理,钛种植体的亲水性和生物活性均有较大幅度的提高.     

微纳米活性复合矿物橡胶助剂的研制

根据白炭黑性能及其在钢丝绳橡胶运输带中作粘合助剂的机理分析研究,通过"矿物/表丽活性剂/橡胶"三相化学界面设计,复合利用多种非金属矿物,并将其超细粉碎至微纳米级粉体,经表面化学改性,研发成功白炭黑等量替代产品,并实现了产业化.提出了微纳米复合矿物粉体经表面设计及化学改性,可以作为橡胶粘合助剂产品的理论和一条工艺技术路线.     

纳米纤维-微粉复合水泥基材料性能与界面结构

将纳米纤维矿物材料及微粉矿物材料应用于水泥基材料中，依据微粒级配模型，设计密实度不同的水泥砂浆，分别为球形颗粒堆积体系和纳米纤维增强堆积两种体系，依据二级界面理论研究两种体系的性能及界面显微结构．研究表明，纳米纤维矿物材料能够改善体系的颗粒级配，增加体系密实度，能够改善界面及硬化浆体内部的显微结构，提高水泥基材料的均匀性，大幅度提高其耐磨硬度和抗弯强度．同时提出了纳米纤维及微粉复合水泥基材料的球形颗粒之间及球形颗粒与纳米纤维之间界面结构的理想模型．     

磁性Fe_3O_4/α-Fe_2O_3核壳材料降解水中亚甲基蓝

以Fe_3O_4为核,以α-Fe_2O_3为壳层,合成出一种核壳结构的Fe_3O_4/α-Fe_2O_3纳米复合材料.采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X-射线衍射仪(XRD)等表征手段对核壳材料的形貌、组成及结构等进行了表征,并将其应用于亚甲基蓝溶液的降解.结果表明:核壳结构的Fe_3O_4/α-Fe_2O_3纳米粒子粒径约为50~80nm.当H_2O_2用量为0.23mol/L,Fe_3O_4/α-Fe_2O_3投加量为5g/L,pH值为2,亚甲基蓝溶液初始质量浓度为5.0mg/L,60min内亚甲基蓝的降解可达98.7%.Fe_3O_4/α-Fe_2O_3纳米粒子经过3次循环使用后,对亚甲基蓝仍具有较好的降解能力.     

粒度对纳米硫酸钡溶度积影响的研究

首先就粒度对纳米硫酸钡的溶解度和溶度积影响进行了理论分析,分别推导出了溶解度和溶度积与粒度间的热力学关系式;然后测定了不同粒径的纳米硫酸钡的溶解度和溶度积;讨论了粒度对纳米硫酸钡溶解度和溶度积的影响规律。研究结果表明:粒度对硫酸钡的溶解度和溶度积有显著影响;粒度越小其溶解度和溶度积越大,并且纳米硫酸钡溶解度的对数和溶度积的对数均与其粒径的倒数呈线性关系;其实验结果与理论分析一致。     

基于聚合物亚微米锥形孔阵列的SERS基底制备

提出一种基于聚合物亚微米锥形孔阵列结构的SERS基底的制备方法.利用纳米压印和干法刻蚀技术,制备了亚微米级锥形硅模板,然后在其上沉积金纳米颗粒,最后通过热纳米压印技术将硅模板的结构及金纳米颗粒阵列转移到聚合物IPS上,得到一种镶嵌有金纳米颗粒的IPS亚微米锥形孔阵列结构.研究结果表明:所到得的SERS基底对R6G分子的拉曼增强因子可达到9.2×107,对浓度为1×10-12 mol/L的R6G溶液仍能测到明显的拉曼信号;此基底具有较好的重复性,测得R6G的六个主要拉曼峰强度的相对标准偏差值均小于13%,而且具有优异的柔性与透明性;与常规SERS基底相比较,具有质量轻、可折叠、便携和易处理等优势.     

可穿戴型下肢助力机器人控制分析

对可穿戴型助力机器人控制策略进行分析.根据研究目的及人体结构和功能的特殊性和复杂性,通过将人体下肢作适当简化及必要的假设,提出基于骨-肌肉功能模型的下肢助力机器人控制方法,该方法通过对骨-肌肉模型中的弹性系数和阻尼系数的调节能为人体下肢运动提供助力支持.同时,通过人-机间交互力信息实现人体下肢的运动预判.     

电流体动力学技术制备纳米TiO2多孔薄膜

采用水热合成法合成纳米TiO2溶胶并配合一定量的高分子分散剂聚乙烯醇制备成镀膜所用的溶胶。利用电流体动力学技术(EHD)将镀膜液均匀地喷涂到氟掺杂导电玻璃表面,高温烧结后制备得到纳米TiO2多孔薄膜。通过SEM、TEM、XRD及紫外-可见吸收光谱等研究方法对制备得到的TiO2多孔薄膜进行结构表征。结果表明:所得多孔薄膜由纳米颗粒组成的亚微米级的球形团簇构成,在纳米颗粒及球形团簇间存在着从纳米到亚微米的连续尺寸的孔道分布。所制备的多孔薄膜可应用在光催化和染料敏化太阳能电池等领域。