纳米碳酸钙———生产、改性和应用

摘要:碳酸钙原料来源丰富、易合成、稳定性高,具有良好的生物相容性和生物可降解性,而纳米粒径又赋予其表面效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应,使纳米碳酸钙成为目前生产和使用量最大的纳米材料。本文首先概述了纳米碳酸钙的生产状况,并将国内多家企业的纳米碳酸钙生产工艺与日本白石工业株式会社进行了对比分析;其次阐述了纳米碳酸钙表面改性的必要性,并详细论述了不同表面改性方法的改性原理和工艺,介绍了纳米碳酸钙在介质中的分散方法;最后综述了纳米碳酸钙在复合材料、建筑、化工、能源、生物医药等多领域中的研究与应用现状,以期为相关行业的发展提供参考和借鉴。

无机纳米材料用于声动力治疗的研究进展

摘要:声动力治疗是一种新型肿瘤治疗方式,因具有非侵入性、高穿透性、高安全性、时空可控性等优点,近年来受到研究人员的广泛关注。声动力治疗依赖声敏剂在低频超声下产生的空化泡和活性氧对肿瘤组织产生化学损伤和机械损伤。现有声敏剂主要可以分为有机声敏剂、无机声敏剂和有机无机杂化声敏剂,其中无机声敏剂由于具有高超声稳定性、多功能性、易合成、易表面修饰等优点近年来广受关注。本文着重介绍了声动力治疗中化学损伤和机械损伤的产生机制,并基于声敏剂的作用机制对已有无机声敏剂的设计进行总结与展望。

氧化锆增韧氧化铝陶瓷研究进展

摘要:氧化锆增韧氧化铝(zirconia toughened alumina,ZTA)陶瓷与单相Al2O3和ZrO2陶瓷相比具有优异的力学性能,在电子、生物医疗、半导体等高端工业领域显示出更广阔的应用前景。本文结合ZTA 陶瓷的增韧机制,梳理并总结了近期国内外关于ZTA 陶瓷的粉体制备、烧结方法和第三相引入等三方面的研究进展,重点分析了利用多种烧结技术和制备工艺在ZTA 陶瓷中引入第三相的作用,最后指出粉体的纳米化、先进烧结技术的精细控制以及探索第三相对微观组织的调控是未来研究的重点方向。

基于微流控技术的纳米无机生物材料制备:原理及其研究进展

摘要: 无机纳米颗粒在生物医学领域展现出广阔的应用和发展前景, 其生物医学功能和理化性质受到颗粒尺寸和形貌的显著影响。但对于传统的间歇式合成方法, 无机纳米颗粒批次间的高度可重复性合成仍存在较大挑战。相比之下, 微流控技术为无机纳米颗粒的高度可控性和可重复性合成提供了一种先进方法。同时, 微流控技术能够实现快速传质和传热, 并且具有反应体积小、能耗低等优势, 使其成为纳米无机生物材料合成的理想途径。本文对微流控技术在纳米无机生物材料制备领域中的研究和应用进展进行了综述。首先概述了微流控装置中的流体特征和混合机制; 接着进一步介绍了5 种经典的微流控装置的微通道结构特征和相应的流体混合特点, 并系统总结了不同类型微流控装置在无机纳米颗粒合成和表面改性中的应用; 最后简要描述了微流控技术在纳米无机生物材料的合成和应用中所面临的挑战以及未来发展的潜在机遇。

电弧等离子体制备过渡金属氮化物及应用

摘要:过渡金属氮化物由于其独特的物理和化学性质,如高硬度、高熔点、优良的导电性和化学稳定性,广泛应用于催化、能源存储、电子器件和生物医学等领域。电弧等离子体技术作为一种高效、绿色的制备技术,因反应温度高、产物纯度高、反应活性高以及可控性强而在过渡金属氮化物制备领域备受关注。本文介绍了电弧等离子体并探讨了其制备工艺对产物的影响,总结了过渡金属氮化物在涂层、催化剂、磁性制冷剂和超导领域的应用现状,展望了电弧等离子体制备过渡金属氮化物的发展趋势。未来的研究应将先进的表征技术和模拟计算方法相结合,深入理解材料的生长机理并提高材料的纯度和一致性,降低能耗和生产成本,以实现等离子体对过渡金属氮化物微观结构和性能的精确调控。

应用于极端热环境的氧化物多孔陶瓷及气凝胶隔热材料

摘要:随着航空航天装备向更高速度、更长航时的方向发展,飞行器在极端热环境中面临“新热障”挑战,传统热防护系统已难以满足其应用需求,亟须开展新型热防护系统的设计及制造研究。在防隔热一体化趋势下,隔热材料须兼具优异的隔热性能、耐温性能和力学性能。现有多孔陶瓷和气凝胶等存在显著性能权衡,亟须通过材料设计优化综合性能以满足极端应用场景的要求。系统介绍了氧化物多孔陶瓷及气凝胶作为高性能隔热材料的研究进展,详细阐述了氧化物多孔陶瓷及气凝胶的材料特性、制备方法、隔热性能、力学性能和耐高温性能等。通过组分设计、纤维增强、结构调控等手段,可以对多孔氧化物陶瓷及气凝胶在隔热性能与力学性能上进行调节,使其在极端环境热防护系统中展现出广阔的应用前景。

二维无机材料调控病损皮肤组织再生的研究进展

摘要: 二维无机材料作为一类具有单原子层或多原子层的无机超薄纳米片, 呈现出高比表面积、高导电性和/或高光热转换效率等特点。这些独特的理化特性赋予其促凝血、抗菌、抗炎和抗氧化等生物效应。近年来, 鉴于降解和代谢问题, 该类材料被应用于调控病损皮肤组织, 如全层皮肤缺损、烧烫伤及糖尿病创面等, 展现出加速伤口愈合、减轻感染及改善炎症微环境的显著效果。本文围绕二维无机材料的特有结构和生物效应, 系统性阐述了其在伤口愈合中的应用及相关作用机制, 并展望了二维无机材料在皮肤修复领域面临的挑战和前景。

3D打印聚合物转化SiOC(Fe)陶瓷及其结构性能

摘要:将聚合物前驱体转化SiOC(Fe) 陶瓷技术与光固化3D 打印技术结合,成功开发出一种乙烯基二茂铁(VcFe)改性的聚合物前驱体光敏树脂。该树脂兼具较低黏度、高光敏性和良好固化强度,能够成形具有复杂几何结构和微纳特征的前驱体模型。在1000 ℃ 氩气气氛中裂解,获得形状完整、收缩均匀的SiOC(Fe) 陶瓷部件(质量保留率为45.27%,密度为1.89 g/cm3,线收缩率为32.94%)。同时系统研究裂解过程中的物相演变规律与体积收缩规律特性,并表征陶瓷产物硬度(1000 ℃ 裂解后硬度达5.93 GPa)。本研究验证光固化3D 打印技术结合聚合物前驱体转化陶瓷技术制备复杂结构SiOC(Fe) 陶瓷的可行性,为该技术的应用提供指导。

无机生物活性材料调控心肌再生的研究进展

摘要:心血管疾病是全球人类死亡的主要原因, 其中心肌梗死(Myocardial infarction, MI)对人类生命健康的威胁更为严重。但目前可用的药物和手术干预治疗几乎均为姑息性措施, 并未从根本上解决心肌梗死造成的心肌细胞死亡问题。而近年来的再生医学生物材料研究有望提供新的解决方案。无机生物活性材料可在体内与细胞和组织相互作用并激活细胞, 从而有效调控组织再生和损伤修复, 因此在再生医学和组织工程领域引起广泛关注。其中以硅酸盐为代表的硅基生物材料(如生物陶瓷、生物玻璃等)、碳基纳米材料、金属氧化物等在促进心肌修复和再生方面显示出巨大的应用前景。本文重点介绍了无机生物活性材料在心肌再生和修复领域的最新研究进展, 概述了其材料类型和作用机制, 最后探讨了无机生物活性材料在临床转化过程中面临的挑战, 并展望了其未来的发展前景。

SiC陶瓷的3D打印成形与致密化新进展

摘要: SiC 陶瓷具有高强度和良好的热稳定性, 在航空航天、热端部件等领域有着广泛的应用前景。随着对大尺寸和复杂形状SiC 陶瓷需求的日益增长, 3D 打印技术在制造周期、成本及可靠性等诸多方面明显优于传统减材、等材制造方法, 越来越受到重视。3D 打印方法众多, 各具特点: 立体光刻(Stereolithography, SLA)技术可以实现高精度和优良的表面质量, 但实际操作中往往需要设计支撑结构, 再加上残余应力和低固含量等问题, 极大限制了其发展; 激光选区烧结(Selective laser sintering, SLS)技术具有较强的材料普适性, 适用于高分子、金属和陶瓷等多种材料, 可实现大尺寸快速成形, 且制造成本较低, 但其成形素坯表面质量较低, 需进行后续加工;熔融沉积(Fused deposition modeling, FDM)技术制备的SiC 陶瓷材料可借助反应烧结实现致密化, 但成形素坯存在层间结合强度低、表面有较明显条纹等缺陷, 并且成形速度相对较慢, 不适合构建大型零件, 因此在实际生产中受到限制。本文综述了近五年来3D 打印SiC 陶瓷的最新研究进展, 讨论了成形素坯的后续高温致密化处理方法及其基本物理性能, 并展望了3D 打印SiC 陶瓷材料的未来前景。新型3D 打印技术及其与多种打印方式的融合将在陶瓷宏微观结构的精细化中发挥重要作用, 或将成为未来的重要发展趋势。