بررسی ساختار و رفتار تبلور شیشه ی زیست فعال و مزومتخلخل SiO2-CaO-P2O5-ZrO2 تهیه شده به روش سل-ژل

شیشه های زیست فعال و حاوی ZrO2، خاصیت پرتوبندی دارند تا به افزایش وضوح تصویر در پرتونگاری از موضع درمان کمک کنند. در این تحقیق، شیشه ای با ترکیب ZrO210-P2O55/4-CaO3/24-SiO22/61 (درصد مولی) به روش سل-ژل سنتز شد. ابتدا اثر ZrO2 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 ZrO2 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 1/0 مولار، آب با نسبت مولی 15H2O/(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 700 به مدت 3 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 m2/g 160-133 و اندازه متوسط تخلخل های 4-2 نانومتر هستند. علاوه بر این، با افزایش دما تا °C 1000، شیشه ی پایه و شیشه ی حاوی زیرکنیا، به ترتیب به شیشه-سرامیک های آپاتیت-ولاستونیت و آپاتیت-ولاستونیت-زیرکنیا تبدیل می شوند. حضور ZrO2 باعث افزایش انرژی لازم برای تبلور آپاتیت از kJ/mol 198 به kJ/mol 835 می شود.