大块Ti表面纳米Ag/多孔TiO2复合材料的构建、调控及性能研究

Ti及Ti合金是目前应用最广泛的硬组织修复与替换材料，对其进行表面改性使表面同时具备优异的生物活性和抗菌性是该材料的重点研发方向之一。在前期实验基础上，本项目拟通过表面机械研磨处理、化学氧化及离子束溅射相结合在Ti表面构建纳米Ag/多孔TiO2复合材料。通过对表面机械研磨处理获得的纳米Ti与后续化学处理获得的TiO2结构关联、纳米Ag结构及稳定性、纳米Ag与多孔TiO2相互作用、生物活性与抗菌性等内容的研究，探明纳米金属与多孔金属氧化物相互作用下诱导纳米复合材料的形成与演化，实现对纳米复合材料各相尺寸和形态的调控，建立并完善新型纳米复合材料的表征与研究方法，具有重要的理论意义。同时，通过对纳米Ag/多孔TiO2复合材料的结构调控，实现其最佳性能的稳定化，具有重要的实用价值。本课题研究力求在探索金属生物材料表面改性新方法、获得表面新结构和新性质等方面有所突破，为金属生物材料的发展提供新思路。

Ti及Ti合金是目前应用最广泛的硬组织修复与替换材料，对其进行表面改性使表面同时具备优异的生物活性和抗菌性是该材料的重点研发方向之一。本项目通过表面机械研磨处理、化学氧化及离子束溅射相结合在钛表面构建纳米Ag/多孔TiO2复合材料，并对其结构演变、生物活性及抗菌性等问题进行了深入研究。首先，我们采用表面机械研磨处理对纯钛进行了表面严重塑性变形处理，对其沿厚度方向分布的梯度结构进行了系统观察，由此得到了梯度结构分布及结构演变机理，获得了纳米晶表层；随后对纳米钛的摩擦磨损行为进行了研究，解释了纳米钛与粗晶钛不同的磨损机制；我们对获得的纳米钛表层进行了氧化改性处理，分别采用了双氧水、阳极氧化和热氧化三种氧化方式将表面纳米钛转变为氧化钛，对热氧化后的纳米钛的摩擦磨损行为及生物活性进行了系统研究；对氧化钛与溅射沉积的纳米银粒子在不同热处理温度下的相互作用及结构转变进行了系统研究，发现了多孔TiO2显著提高纳米银的热稳定性，获得了纳米银的聚集长大规律，解释了纳米银抑制氧化钛相变规律；采用第一性原理对银与TiO2之间相互作用进行了计算，结果表明银原子更容易与TiO2(110)面上的键桥钛上的钛原子发生反应生成相应的化合物。最后，对纳米Ag/多孔TiO2复合材料的生物活性和抗菌性进行了综合考量，在此基础上对复合材料的结构进行了优化处理，为金属生物材料的发展提供了新思路。本项目成果已经发表学术论文7篇，授权发明专利1项。