بررسی ساختار و رفتار تبلور شیشه ی زیست فعال و مزومتخلخل SiO۲-CaO-P۲O۵-ZrO۲ تهیه شده به روش سل-ژل

شیشه های زیست فعال و حاوی ZrO۲، خاصیت پرتوبندی دارند تا به افزایش وضوح تصویر در پرتونگاری از موضع درمان کمک کنند. در این تحقیق، شیشه ای با ترکیب ZrO۲۱۰-P۲O۵۵/۴-CaO۳/۲۴-SiO۲۲/۶۱ (درصد مولی) به روش سل-ژل سنتز شد. ابتدا اثر ZrO۲ بر فرآیند سل-ژل و ساختار ژل های سنتز شده به کمک آنالیزهای رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) و طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) مشخص شد. همچنین دمای عملیات حرارتی مناسب برای تبدیل ژل های خشک شده به شیشه با روش های آنالیز حرارتی هم زمان (DTA-TG) و پراش پرتو X (XRD) تعیین شد. سپس ساختار شیشه، شکل و اندازه تخلخل ها و سطح ویژه پودر شیشه به کمک تحلیل نتایج FTIR، NMR و جذب و واجذب نیتروژن (BET-BJH) تعیین شد. در نهایت، اثر ZrO۲ بر تبلور فازها و انرژی فعالسازی تبلور آپاتیت، با تحلیل نتایج به دست آمده از آنالیز حرارتی افتراقی (DSC) و XRD مشخص شد. در بررسی متغیرهای سل-ژل و ساختار ژل های سنتز شده مشخص شد که اسید نیتریک با غلظت ۱/۰ مولار، آب با نسبت مولی ۱۵H۲O/(TEOS +TEP) = و افزودن نمک ها به صورت جامد شرایط ساده و بهینه ای برای سنتز ژل های آمورف با درجه ی پلیمریزاسیون مناسب می باشند. نتایج DTA-TG و XRD نشان دادند که با عملیات حرارتی ژل ها در دمای °C ۷۰۰ به مدت ۳ ساعت می توان شیشه های مد نظر را سنتز نمود. بررسی ساختاری این شیشه ها با NMR و FTIR نشان می دهد که زیرکنیم به عنوان عامل شیشه ساز وارد شبکه Si-O-Si می شود. همچنین نتایج آزمون جذب و واجذب نیتروژن نشان داد که ذرات پودر شیشه مزومتخلخل، دارای سطح ویژه m۲/g ۱۶۰-۱۳۳ و اندازه متوسط تخلخل های ۴-۲ نانومتر هستند. علاوه بر این، با افزایش دما تا °C ۱۰۰۰، شیشه ی پایه و شیشه ی حاوی زیرکنیا، به ترتیب به شیشه-سرامیک های آپاتیت-ولاستونیت و آپاتیت-ولاستونیت-زیرکنیا تبدیل می شوند. حضور ZrO۲ باعث افزایش انرژی لازم برای تبلور آپاتیت از kJ/mol ۱۹۸ به kJ/mol ۸۳۵ می شود.