石墨烯增强超高分子量聚乙烯人工关节软骨材料的制备及摩擦学性能研究

针对目前超高分子量聚乙烯（UHMWPE）人工关节软骨材料在实际应用中存在的问题和缺陷，本项目采用力学和摩擦学性能优异的石墨烯作为增强相，从材料组分和结构控制入手，设计和制备新型的石墨烯/UHMWPE人工骨关节材料，考察材料微观结构、机械性能和生物相容性，重点考察在常规环境和模拟人体体液环境中，复合材料在不同摩擦工况条件以及摩擦副材料条件下的摩擦磨损行为，研究摩擦过程中的化学-物理变化机理及润滑和磨损失效机制，并根据实验结果对材料的成分体系、石墨烯改性技术和复合材料制备工艺进行科学调整，从而进一步改善复合材料的机械与摩擦学性能，最终获得具有良好生物相容性，高硬度与高耐磨人工骨关节置换材料的关键技术，并丰富和完善石墨烯/UHMWPE复合材料作为人工骨关节的摩擦学性能研究，为提高我国人工骨关节置换体材料领域的研究能力提供科学依据和技术基础。

本项目采用石墨烯作为增强相，设计和制备了新型的石墨烯/超高分子量聚乙烯（UHMWPE）人工骨关节材料，考察了材料微观结构、机械性能和生物相容性，复合材料在不同摩擦工况条件以及摩擦副材料条件下的摩擦磨损行为，研究摩擦过程中的化学-物理变化机理及润滑和磨损失效机制，并根据实验结果对材料的成分体系、石墨烯改性技术和复合材料制备工艺进行科学调整，改善复合材料的机械与摩擦学性能，获得了具有良好生物相容性，高硬度与高耐磨人工骨关节置换材料的关键技术，丰富了石墨烯/UHMWPE 复合材料作为人工骨关节的摩擦学性能研究。取得的主要结果如下：.（1）利用化学氧化还原方法制备了高质量的氧化石墨烯以及石墨烯纳米片，以用于制备人工骨关节材料；.（2）确定了石墨烯改性的最优方法、增强相的组成配比、加工工艺对复合材料的微观结构、机械性能和热力学性能的影响；系统对比了化学方法和物理机械球磨法对复合材料的微观结构、力学性能和摩擦性能的影响，球磨法作为复合材料制备的最佳方案；.（3）系统研究了石墨烯/UHMWPE复合材料在不同润滑介质去离子水、生理盐水以及关节润滑液主要组分之一的胎牛血清和透明质酸钠润滑体系下的摩擦学性能；.（4）生物相容性是氧化石墨烯（GO）/UHMWPE复合材料在人工骨关节应用中最重要的指标之一， GO增强UHMWPE复合材料不仅具有优良机械性能而且生物相容性好，在人工骨关节应用方面将会有很大应用前景。