tio薄膜的結構及性能研究8

1、鈦氧膜的結構及性能研究摘要：摘要：主要介紹關于鈦氧膜的能帶結構，晶體結構以及鈦氧膜的生物相容性能和表面活性等問題，還有鈦氧膜的化學處理方法。關鍵字：鈦氧膜結構生物相容性表面活性TiO2有獨特的光學、電學及化學性質已廣泛用于電子、光學和醫(yī)學等方面。例如作為氧傳感器用于濕敏、壓敏元件及汽車尾氣傳感器；作為光催化劑可實現(xiàn)有機物的光催化降解具有殺菌、消毒和處理污水等作用；利用其親水親油的“雙親”特性可使鍍有鈦氧膜的物體具有自清潔作用從而達到防污

2、、防霧、易洗、易干等目的；而金紅石相鈦氧膜是很好的人工心臟瓣膜材料。對于TiO2的研究主要集中在制備、結構、性能和應用等方面。在TiO2性能方面的研究尤以對其生物相容性和光催化性能的研究最為豐富。TiO膜作為生物活性材料在生物體內(nèi)可以長期穩(wěn)定存在且不與生物組織發(fā)生物化反應，即具有良好的生物相容性，但其缺點在于植入生物體內(nèi)后，不能有效地在材料表面形成有正常的細胞并維持長期的活性。國內(nèi)外很多的研究者采用各種表面改性工藝方法，對材料表面進行生

3、物活化或有機無機復合等使材料表面掛帶—COOH、—OH、—NH2等反應性基團，然后通過形成共價鍵使生物分子如蛋白質、多肽、酶和細胞生長因子等固定在材料表面，充當鄰近細胞、基質的配基或受體，在材料表面形成一個能與生物體相適應的過渡層，以達到活化鈦氧膜表面的效果。目前，對鈦氧膜的表面改性方法主要包括離子表面注入法，堿處理以及酸活化處理等方法。1氧化鈦的能帶結構與晶體結構1.1氧化鈦的能帶結構氧化鈦的能帶結構如圖11所示［1］。以金紅石相為例

4、，銳鈦礦相的結構基本與其一致。氧化鈦能帶結構是沿布里淵區(qū)的高對稱結構，3d軌道分裂為eg與t2g兩個亞層，但它們?nèi)强盏能壍?，電子占?jù)s和p能級；費米能級處于s、p能帶和t2g能帶之間；最低的兩個價帶相應于O2s能級。接下來6個價帶相應于O2s能級，最低的導帶是由O3p產(chǎn)生生的，更高的導帶能級是由O3p產(chǎn)生的。利用能帶結構模型計算氧化鈦晶體的禁帶寬度為3.0（金紅石相）、3.2（銳鈦礦相）。銳鈦礦型氧化鈦氧離子作立方最緊密堆積，鈦離子位

5、于八面體的空隙中，其配位數(shù)為6。銳鈦礦型氧化鈦的TiTi鍵距比金紅石的大，TiO鍵距小于金紅石型。這些結構上的差異導致了兩種晶型有不同的質量密度及電子能帶結構。銳鈦礦型的質量密度略小于金紅石型，禁帶寬度略大于金紅石型，其結構圖如圖13所示。圖23銳鈦礦型晶體結構圖2鈦氧膜的生物相容性研究2.1生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料是一類具有特殊性能、特種功能，用來對生物體進行診斷、治療、修復或替換其病損組織、器官或增進其功能的材料。這些材料通過長期植

6、入、短期植入、表面修復分別用于硬組織和軟組織修復與替換。其研究是介于生物學、醫(yī)學、材料學和化學之間的交叉性邊緣學科，具有知識、技術密集的特點。生物醫(yī)用材料由于直接用于人體或與人體健康密切相關，對其使用有嚴格要求。首先要求具有較好的生物相容性，對人體無毒和無過敏反應，對機體無免疫排異反應。種植體不致引起周圍組織產(chǎn)生局部或全身性反應，由于生物醫(yī)用材料必須和血液接觸，因此它應具有抗凝血和抗血栓性能，不會引起血液凝固和溶血現(xiàn)象。其次要滿足相應的

7、力學性能，這就要求它應有良好的抗拉強度、壓縮強度、彎曲強度、剪切強度及合適的彈性模量和硬度較好的耐磨損、耐疲勞等性能。再者材料的加工成形、價格適當、操作方便、便于消毒滅菌也是必須考慮的。對于不同用途的材料，其要求各有側重。2.2鈦氧膜的生物活性按ISO（I0993）的解釋，所謂生物相容性是指:生命體組織對非活性材料產(chǎn)生反應的一種性能。一般是指材料與宿主之間的相容性，包括組織相容性和血液相容性。關于血液相容性，通常是從其抗凝血能力和不損傷