تاثیر زمان آسیاکاری مکانیکی بر سنتز نانوذرات هیدروکسی آپاتیت به روش مکانوشیمیایی

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 8، دوره 10، شماره 35، اردیبهشت 1398، صفحه 89-100   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

صادق علی حسن زاده¹؛ تقی اصفهانی^{* 2}

¹دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان، گروه مهندسی مواد

²استادیار دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان، گروه مهندسی مواد

تاریخ دریافت: 05 خرداد 1396،  تاریخ بازنگری: 27 فروردین 1398،  تاریخ پذیرش: 15 اردیبهشت 1398 

چکیده

نانوذرات هیدروکسی آپاتیت [HAP , Ca10(PO4)6(OH)2] با استفاده از آسیاب ماهواره‌ای و با نسبت استوکیومتری 67/1 Ca/P= سنتز شدند. براساس شرایط و زمان آسیاکاری سنتز به دو روش مکانوشیمیایی و درجا صورت گرفت. در هر دو روش از مخلوط پودر اولیه CaCO3 و CaHPO4. 2H2O با نسبت مولی 2:3 استفاده گردید. پس از بهینه سازی پارامترها در روش مکانوشیمیایی عملیات آسیاکاری در اتمسفر آرگون و به مدت 5 ساعت با استفاده از یک ظرف فولادی صورت گرفت. با استفاده از نتایج آنالیز حرارتی، عملیات حرارتی در دمای ℃500 به مدت 3 ساعت و با سرعت گرم کردن ℃/min10 انتخاب گردید. در سنتز درجا، آسیاکاری تحت اتمسفر آرگون و به مدت 15 ساعت صورت گرفت و نانو ذرات HAP بدون هیچ‌گونه عملیات حرارتی و به‌صورت درجا بدست آمدند. به منظور شناسایی تشکیل فازHAP از الگوی تفرق اشعه ایکس و برای بررسی اندازه و توزیع اندازه ذرات از میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی FE-SEM)) استفاده شد. با توجه به آزمایشهای انجام ‌شده مشخص گردید که افزایش مدت زمان آسیاکاری به تجزیه CaCO3 در دمای پایین کمک کرده و فعالیت شیمیایی مواد اولیه CaHPO4. 2H2O و CaCO3افزایش ‌یافته است. همچنین بر اساس تصاویر FE-SEM مشخص گردید که با افزایش زمان آسیاکاری اندازه ذرات کوچک‌تر شده که منجر به افزایش نفوذپذیری و باعث کاهش دمای واکنش مخلوط پودری آسیاکاری شده گردیده است. در نتیجه ، نانو ذرات HAP سنتز شده با هر دو روش با ساختار هگزاگونال و مورفولوژی کروی مشاهده‌ شد ولی اندازه ذرات در روش درجا نسبت به روش مکانوشیمیایی کاهش یافته بود.

کلیدواژه‌ها

هیدروکسی آپاتیت؛ نانوذرات؛ سنتز مکانوشیمیایی؛ سنتزدرجا؛ زمان آسیاکاری

عنوان مقاله [English]

Effect of Mechanical Milling Time on the Synthesis of Hydroxyapatite Nanoparticles by Mechanochemical Method

نویسندگان [English]

Sadegh Ali Hasanzadeh¹؛ Taghi Isfahani²

¹MSc student at the Metallurgy & Materials Engineering Dept., Golpayegan University of Technology, P. O. Box: 87717-65651, Golpayegan, Iran

²Assistant Professor at the Department of Materials Science and Engineering, Golpayegan University of Technology, Golpayegan, Iran

چکیده [English]

Hydroxyapatite nanoparticles using planetary ball mill with a stoichiometric ratio of Ca / P = 1/67 were synthesized. For this reason two different approaches were adopted to synthesize the hydroxyapatite nanoparticles: insitu synthesis by mechanical activation method and mechanochemical method. For both methods the initial material of CaCO3 and CaHPO4.2H2O with a molar ratio of 2: 3 were used under the same milling conditions. After optimizing the parameters in the mechanochemical method the milling operation was done for 5 hours under argon atmosphere using a stainless steel milling vial. According to the STA results the heat treatment was done at 500 C for 3 hours with a heating rate of 10 C/min. For the insitu synthesis method the milling was done under argon atmosphere for 15 hours and the hydroxyapatite nanoparticles were obtained insitu and without any heat treatment. In order to characterize the formation of hydroxyapatite phase, X-ray diffraction analysis was used. Furthermore field emission scanning electron microscopy was used to determine the particle size and particle size distribution. According to the experiments, it was shown that increasing the milling time resulted in the decomposition of CaCO3 at low temperature and the increased chemical activation of the initial CaHPO4. 2H2O and CaCO3 powders. The decrease in the particle size and crystallite size caused an increase in the diffusibility and decrease in the reaction temperature of the mixed milled powder. As a result of these events, the hydroxyapatite nanoparticles obtained from both methods had a hexagonal structure with spherical morphology.

کلیدواژه‌ها [English]

Hydroxyapatite, Nanoparticles, Mechanochemical synthesis, Insitu synthesis, Milling time

مراجع

References:
[1] M.H. Fathi, A. Hanifi, V. Mortazavi, “Preparation and bioactivity evaluation of bonelike hydroxyapatite nanopowder”, J. Mater. Process. Technol, Vol. 202, 2008, pp. 536–542.
[2] Kalita, S. J., Bhardwaj, A., and Bhatt, H. A. Biomedical, “Nanocrystalline Calcium Phosphate Ceramics in Engineering,” Materials Science and Engineering; C, Vol. 27, 2007, pp. 441-449.
[3] Kokubo, T., Kim, H. M., and Kawashita, M., “NovelBioactive Materials with Different Mechanical Properties,” Biomaterials, Vol. 24, 2003, pp. 21-61.
[4] Leng, Y., Chen, J. Y., and Qu, S. X., “TEM Study of Calcium Phosphate Precipitationon HA/TCP Ceramics", Biomaterials, Vol. 24, 2003, pp. 21-25.
[5] Fathi, M.H., and Hanifi, A., “Evaluation and Characterization of Nanostructure Hydroxyapatite Powder Prepared by Simple Sol-Gel Method”, Materials Letters, Vol. 61, 2007, pp. 3978-398.
[6] H. M. Rosenberg, The solid state, Third Edition, Oxford University press Inc, 1988.
[7] B. Nasiri-Tabrizi, P. Honarmandi, R. Ebrahimi-Kahrizsangi, “Synthesis of nanosize single-crystal hydroxyapatite via mechanochemical method”, Materials Letters, Vol. 63, 2009, pp. 543–546.
[8] K.C.B. Yeong, J. Wang, S.C. Ng, “Mechanochemical synthesis of nanocrystalline hydroxyapatite from CaO and CaHPO4”, Biomaterials, Vol. 22, 2001,pp. 2705-2712.
[9] C.C. Silva, A.G. Pinheiro, R.S. de Oliveira, J.C. Go´es, N. Aranhac, L.R. de Oliveira, A.S.B. Sombra, “Properties and in vivo investigation of nanocrystalline hydroxyapatite obtained by mechanical alloying”, Materials Science and Engineering; C, Vol. 24, 2004, pp. 549–554.
[10] O. Kubaschewski and C. B. Alcock, Metallurgical Thermochemistry, Pergamon press, International Series on Materials Science and Technology, Vol. 24, 1979.
[11] M. Kh. Karapetyants, Chemical Thermodynamics, MIR Publishers-Moscow, 1978.
[12] C. Shu, W. Yanwei, , “Synthesis of carbonated hydroxyapatite nanofibers by mechanochemical”, methods Ceramics International, Vol. 31, 2005, pp. 135–138.
[13] J.A. Coreno, O.A. Coreno, R.J. J. Cruz, C.C. Rodrı´guez, “Mechanochemical synthesis of nanocrystalline carbonate-substituted hydroxyapatite”, Optical Materials, Vol. 27, 2005, pp. 1281–1285.
[14] Mohammadi Zahrani, E., and Fathi, M.H., “The Effect of High-Energy Ball Milling Parameters on the Preparation and Characterization of Fluorapatite Nanocrystalline Powder”, Ceramics International, Vol. 35, 2009, pp. 2311-2323.
[15] W. Y. Wong , A. Fauzi, “Mohd Noor Synthesis and sintering-wet carbonation of nano-sized carbonated hydroxyapatite”, Procedia Chemistry, Vol. 19, 2016, pp. 98–105.
[16] B. Nasiri-Tabrizi, A. Fahami, R. Ebrahimi-Kahrizsangi, “Effect of milling parameters on the formation of
99 مجله مواد نوین/ جلد 9/شماره 3 / بهار 1398
nanocrystalline hydroxyapatite using different raw materials”, Ceramics International, Vol. 39, 2013, pp. 5751–5763.
[17] S.H. Rhee, “Synthesis of hydroxyapatite via mechanochemical treatment”, Biomaterials, Vol. 23, 2002, pp. 1147–1152.
[18] S. Lala, S. Brahmachari, P.K. Das, D. Das, T. Kar, S.K. Pradhan, “Biocompatible nanocrystalline natural bonelike carbonated hydroxyapatite synthesized by mechanical alloying in a record minimum time”, Materials Science and Engineering; C, Vol. 42, 2014, pp. 647–656.
[19] S. Lala, B. Satpati, T. Kar, S.K. Pradhan, “Structural and microstructural characterizations of nanocrystalline hydroxyapatite synthesized by mechanical alloying”, Materials Science and Engineering; C, Vol. 33, 2013, pp. 2891–2898.
[20] B. Nasiri-Tabrizi, A. Fahami, R. Ebrahimi-Kahrizsangi, “A comparative study of hydroxyapatite nanostructures