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

شیشه‌های زیست فعال و حاوی ZrO2، خاصیت پرتوبندی دارند تا به افزایش وضوح تصویر در پرتونگاری از موضع درمان کمک کنند. در این تحقیق، شیشه‌ای 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 ژل‌های سنتز شده به کمک آنالیزهای رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) و طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) مشخص شد. همچنین دمای عملیات حرارتی مناسب برای تبدیل ژل‌های خشک شده به شیشه با روش‌های آنالیز حرارتی هم‌زمان (DTA-TG) و پراش پرتو X (XRD) تعیین شد. سپس ساختار شیشه، شکل و اندازه تخلخل‌ها 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 ژل‌های سنتز شده مشخص شد که اسید نیتریک با غلظت 1/0 مولار، آب با نسبت مولی ‌15H2O/(TEOS +TEP) = و افزودن نمک‌ها به صورت جامد شرایط ساده و بهینه‌ای برای سنتز ژل‌های آمورف با درجه‌ی پلیمریزاسیون مناسب می‌باشند. نتایج DTA-TG‌ و XRD‌ نشان دادند که با عملیات حرارتی ژل‌ها در دمای °C 700 به مدت 3 ساعت می‌توان شیشه‌های مد نظر را سنتز نمود. بررسی ساختاری این شیشه‌ها با NMR و FTIR نشان می‌دهد که زیرکنیم به عنوان عامل شیشه‌ساز وارد شبکه Si-O-Si می‌شود. همچنین نتایج آزمون جذب و واجذب نیتروژن نشان داد که ذرات پودر شیشه مزومتخلخل، دارای سطح ویژه m2/g 160-133 و اندازه متوسط تخلخل‌های 4-2 نانومتر هستند. علاوه بر این، با افزایش دما تا °C 1000، شیشه‌ی پایه و شیشه‌ی حاوی زیرکنیا، به ترتیب به شیشه-سرامیک‌های آپاتیت-ولاستونیت و آپاتیت-ولاستونیت-زیرکنیا تبدیل می‌شوند. حضور ZrO2 باعث افزایش انرژی لازم برای تبلور آپاتیت از kJ/mol 198 به kJ/mol 835 می‌شود.