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数据驱动的中温隔热陶瓷管件结构优化设计及性能评估
1
作者 肖卫强 杨贤燕 +4 位作者 周国俊 蒋健 殷晓红 余志扬 苟中入 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期372-378,404,共8页
随着中温区电加热的电子产品和家电用品不断涌现,低成本的高效保温隔热材料研究日益成为热点。如何确保管路内部快速升温并避免外表温度大幅波动,有效提高能源利用率,是保温隔热材料领域的挑战。据此,本研究以低熔点玻璃助烧结的镁橄榄... 随着中温区电加热的电子产品和家电用品不断涌现,低成本的高效保温隔热材料研究日益成为热点。如何确保管路内部快速升温并避免外表温度大幅波动,有效提高能源利用率,是保温隔热材料领域的挑战。据此,本研究以低熔点玻璃助烧结的镁橄榄石、莫来石、珍珠岩和磷酸锌等复合物陶瓷为对象,从数据驱动的壁内多孔结构隔热管件优化设计出发,开展陶瓷隔热管件三维打印制造,通过显微结构和力学性能分析,并围绕管件的导热、隔热影响因素评估,系统考察了该类新型隔热管件的理化、力学和隔热性能及影响关系。结果表明,通过对沿管壁环绕的矩形大孔高度调控(400~1 200μm)、管腔内热源区的管壁倍增(1.2 mm×2 mm)以及有机微球造孔剂引入(~9%),同时通过烧结温度控制(700~750℃),可以显著改善热流出口区的温度水平(~20℃),并显著优于不锈钢真空隔热管的出口温度。研究结果表明,增材制造复合陶瓷管件具有优良的综合性能以及较低的原料成本,使得多孔陶瓷隔热管件在中温隔热领域具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 数据驱动 多孔陶瓷管 中温隔热 三维打印
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锶锌共掺杂磷酸八钙微球制备及其骨修复性能 被引量：4
2
作者 张立岩 金掌 +4 位作者 甘维 杨贤燕 柳丽敏 何冬霜 苟中入 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期900-905,共6页
本文研究了锶、锌共掺杂磷酸八钙多孔微球(Sr/Zn-OCP)的制备及其体内成骨生物学效应。实验运用湿化学合成工艺制备了粒径为105μm、280μm和500μm三种单分散微球颗粒材料,然后再考察微球材料对大白兔股骨缺血性坏死骨缺损的再生修复效... 本文研究了锶、锌共掺杂磷酸八钙多孔微球(Sr/Zn-OCP)的制备及其体内成骨生物学效应。实验运用湿化学合成工艺制备了粒径为105μm、280μm和500μm三种单分散微球颗粒材料,然后再考察微球材料对大白兔股骨缺血性坏死骨缺损的再生修复效应以及微球颗粒度对缺损修复效率的影响规律,运用理化表征与组织学分析考察了微球的微结构和骨组织修复特性。结果显示,利用低浓度聚丙烯酸可以诱导多层化尺度均一的Sr/Zn-OCP多孔微球颗粒形成,并且通过改变反应溶液的搅拌速率可以改变微球的尺度大小;同时,三种粒度微球堆积体均可见骨缺损内新骨再生,但是粒度最大的500μm微球修复骨缺损效率最高,在微球植入术后10、16周时新骨再生率达到37%和62%。以上研究结果表明多孔性Sr/Zn-OCP微球具有优良的生物活性效应,在解决病理性骨缺损再生修复方面具有良好应用价值。 展开更多
关键词 微量元素共掺杂 磷酸八钙 多孔微球 生物活性 股骨缺血性坏死骨缺损
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核-壳结构硅灰石/磷酸钙多孔陶瓷微球的制备及表征 被引量：3
3
作者 柳丽敏 张雷 +4 位作者 杨贤燕 壮琛 柯秀荣 杨国敬 苟中入 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期19-25,共7页
本文研究了双壳层型核-壳结构β-硅灰石/β-磷酸三钙(β-CaSiO3/β-TCP)生物活性复相陶瓷微球的制备及表征;利用添加有机微球造孔剂工艺,在内、外壳层分别构建出孔径10μm左右的多孔结构,并对其体外降解行为进行了分析。结果显示,运用... 本文研究了双壳层型核-壳结构β-硅灰石/β-磷酸三钙(β-CaSiO3/β-TCP)生物活性复相陶瓷微球的制备及表征;利用添加有机微球造孔剂工艺,在内、外壳层分别构建出孔径10μm左右的多孔结构,并对其体外降解行为进行了分析。结果显示,运用自制同轴喷头微流控系统制备的生物活性复相陶瓷微球的工艺简单,微球尺寸均一,球形形态良好,经干燥、煅烧处理后陶瓷微球发生明显收缩,颗粒度维持在2.2±0.1mm。通过改变组分分布、烧结温度制度以及双壳层内部结构等实现复相陶瓷体外降解的可调节性。以上研究结果表明,该方法制备的多孔双壳层型核-壳结构复相陶瓷微球解决了组分降解速率调控问题,以及由此堆砌颗粒形成三维网络孔道演化可调可控性能,势必将在研究骨缺损修复和微球载药领域具有重要意义。 展开更多
关键词 Β-磷酸三钙 β-硅酸钙 双壳层核-壳结构 多孔结构 复相陶瓷微球
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溶胶-凝胶低熔点硼硅酸盐生物活性玻璃增强高温熔融45S5生物玻璃多孔材料 被引量：5
4
作者 丁国军 余献忠 +4 位作者 杨贤燕 陈晓怡 王冶根 骆旭康 苟中入 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期852-858,共7页
本文研究了硼掺杂58S生物玻璃（58S-B）低温助烧结45S5生物玻璃块体材料。实验将45S5超细颗粒加入到制备58S—B的溶胶中，按常规溶胶一凝胶制备粉体的步骤制备出45S5／58S—B复合粉体，并同步制备58S—B粉体，然后再考察不同烧结温度对... 本文研究了硼掺杂58S生物玻璃（58S-B）低温助烧结45S5生物玻璃块体材料。实验将45S5超细颗粒加入到制备58S—B的溶胶中，按常规溶胶一凝胶制备粉体的步骤制备出45S5／58S—B复合粉体，并同步制备58S—B粉体，然后再考察不同烧结温度对复合粉体制备块体材料的烧结性能和力学强度的影响规律，并运用TRIS缓冲溶液浸泡实验分析块体材料的降解性。结果显示，45S5与58S—B两相颗粒混合均匀，850℃烧结后的低、高孔隙率45S5／58S—B块体材料的抗压强度（40．2MPa；8．3MPa）均显著优于相同温度处理后的低、高孔隙率纯45S5玻璃陶瓷（14．9MPa；2．8MPa）；同时，较低的烧结温度（850-900℃）极为有利于45S5／58S—B多孔材料在TRIS缓冲液浸泡中沉积类骨羟基磷灰石（HA）和生物活性离子释放。以上研究结果解决了长期以来困扰45S5生物玻璃低温烧结性能差、极为易脆等关键问题，为45S5等熔融法制备的生物活性玻璃多子L块体材料在临床齿骨及骨损伤修复和骨组织工程中的应用提供了新的技术方案。 展开更多
关键词 45S5 硼掺杂58S 低温共烧结 力学性能 多孔材料
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采用两步pH调节仿生水溶胶介质法合成磷酸钙微球 被引量：3
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作者 李至成 陈晓怡 +1 位作者 杨贤燕 苟中入 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期550-556,共7页
本文系统研究了两步pH调节B型明胶水溶胶合成磷酸钙纳米晶多孔微球。实验采用了"两步pH调节法"对80℃明胶-磷酸钠水溶胶的pH进行预调节:用酸对水溶胶的pH值从5.6调节到3.0,再用碱调节到4.0,然后向水溶胶中滴加钙盐溶液合成磷... 本文系统研究了两步pH调节B型明胶水溶胶合成磷酸钙纳米晶多孔微球。实验采用了"两步pH调节法"对80℃明胶-磷酸钠水溶胶的pH进行预调节:用酸对水溶胶的pH值从5.6调节到3.0,再用碱调节到4.0,然后向水溶胶中滴加钙盐溶液合成磷酸钙。研究中也按常规的一步pH调节方式用酸将水溶胶的pH值从5.6调节到4.0,然后合成磷酸钙作为对照实验。结果表明,两步pH调节法使得磷酸钙纳米晶发生有序自组装形成多孔性微球,而一步pH调节法则出现纳米晶无序聚集和生长。同时,按上述两步pH调节法还可以制备微量元素锶掺杂的多孔性微球。以上研究结果对于仿生溶液介质pH预调节方法影响磷酸钙纳米晶聚集、生长具有重要启示,同时这种多孔性磷酸钙微球在骨修复、缓释给药、细胞支架以及生物分离等方面都具有潜在应用价值。 展开更多
关键词 多孔微球 磷酸钙 两步pH调节法 自组装 明胶
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核-壳结构复相生物活性陶瓷微球优化制备及其抗菌性能评价
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作者 叶硕 吴方汇 +6 位作者 柯秀荣 王晓清 刘梦涛 杨贤燕 张雷 苟中入 杨国敬 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期559-567,共9页
通过自主设计的同轴核-壳结构双层喷头及微流控系统,成功制备出一系列核-壳结构型多孔性生物活性硅酸钙基陶瓷微球,并通过对其核心层铜掺杂量的调控和外壳层微孔结构的剪裁,实现了该类微球核心层抗菌活性离子的可控缓释。采用X射线衍射... 通过自主设计的同轴核-壳结构双层喷头及微流控系统,成功制备出一系列核-壳结构型多孔性生物活性硅酸钙基陶瓷微球,并通过对其核心层铜掺杂量的调控和外壳层微孔结构的剪裁,实现了该类微球核心层抗菌活性离子的可控缓释。采用X射线衍射分析明确了烧结后的陶瓷微球样品的物相组成和晶相结构。通过扫描电子显微镜观察发现使用该系统制备出的微球烧结后仍具有良好的球形形态及明确的核-壳结构,并且特定组分内部微孔结构符合设计要求。一系列模拟体内环境的微球浸泡实验系统研究了该类材料的体外离子释放行为和生物降解速率,研究结果显示该类陶瓷微球经特定层造孔后有快速的抗菌离子释放,并且释放速率可调可控。最后通过与金葡菌的体外共培养抑菌实验及细菌黏附实验等对微球的抗菌性能进行了研究,结果显示Cu10@Mg6-15μm组具有最佳的抑菌效果;优化壳层的多孔结构比单纯提高核层铜离子掺杂率更有利于活性离子释放。此次构建的壳层微孔优化型核-壳结构陶瓷微球,能够帮助解决抗感染离子可控缓释问题并带来长期抑菌的效果,为慢性骨髓炎等临床问题提供了潜在的治疗新材料。 展开更多
关键词 离子选择性掺杂 多孔性陶瓷微球 核-壳结构 长效抗菌性 感染性骨缺损
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掺锶半水硫酸钙的制备及其抗菌性能
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作者 张峰 汪麟 +2 位作者 周明明 杨贤燕 苟中入 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期601-607,634,共8页
为了研究掺锶半水硫酸钙生物材料的制备、生物学活性及其抗菌性能,本研究采用共沉淀法制备了四种不同锶摩尔掺杂率(0、2.5%、5%、10%)的半水硫酸钙材料,运用理化表征与模拟体液浸泡实验考察了材料的化学组成、微结构及体外生物学活性,... 为了研究掺锶半水硫酸钙生物材料的制备、生物学活性及其抗菌性能,本研究采用共沉淀法制备了四种不同锶摩尔掺杂率(0、2.5%、5%、10%)的半水硫酸钙材料,运用理化表征与模拟体液浸泡实验考察了材料的化学组成、微结构及体外生物学活性,并对材料抑制金葡菌的性能进行了分析。结果显示,首先通过共沉淀法成功合成的含锶半水硫酸钙中均出现硫酸锶,这表明锶直接与硫酸根结合发生了化学沉积,与半水硫酸钙形成两相复合材料。其次,早期阶段未掺锶的硫酸钙样品降解速率明显快于掺锶硫酸钙,锶离子掺杂率提高抑制硫酸钙降解速率更为显著;后期阶段未掺锶硫酸钙样品的降解速率明显低于掺锶硫酸钙,锶离子掺杂率越高,硫酸钙降解速率越快。再次,四种固化物的力学性能变化与降解速率相对应,同时掺锶半水硫酸钙表面诱导沉积类骨羟基磷灰石晶体更为显著,并且抑菌作用更强,掺杂10%锶的半水硫酸钙表现出优良的生物活性和抑菌特性。研究结果表明,锶掺杂硫酸钙实为半水硫酸钙与硫酸锶的复合材料,该种复合材料能有效调节硫酸钙生物材料的降解性、增强其生物活性及抗菌性能,将有助于解决包括骨髓炎损伤区抗感染及骨再生修复相关临床需求,具有重要价值和应用前景。 展开更多
关键词 锶 半水硫酸钙 微量元素掺杂 生物活性 抗菌活性
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基于三维打印的钙化层重建生物活性支架制备及其性能研究
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作者 余新宁 方晶华 +4 位作者 骆建洋 杨贤燕 何冬霜 苟中入 戴雪松 《浙江大学学报（医学版）》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期126-131,共6页
目的：初步构建基于软骨钙化层损伤重建的有机—无机复合组织工程支架，探究掺镁硅灰石含量与支架抗压性能之间的关系。方法：利用质量分数分别为1％、3％、5％的高生物活性钙镁硅酸盐超细颗粒复合Ⅰ型胶原-透明质酸钠进行三维打印，经... 目的：初步构建基于软骨钙化层损伤重建的有机—无机复合组织工程支架，探究掺镁硅灰石含量与支架抗压性能之间的关系。方法：利用质量分数分别为1％、3％、5％的高生物活性钙镁硅酸盐超细颗粒复合Ⅰ型胶原-透明质酸钠进行三维打印，经海藻酸钠-氯化钙气雾交联成型，电镜下观察表面孔隙、孔径、无机相分布，万能材料试验机测试抗压性能，并计算支架孔隙率。结果：支架表面平均孔径（212．3±34．2）μm，平均孔隙率（48．3±5．9）％，不同质量分数的高生物活性钙镁硅酸盐超细颗粒复合Ⅰ型胶原-透明质酸钠支架压缩模量差异无统计学意义（P〉0．05），平均压缩模量（7．2±1．2）MPa，介于软骨和软骨下骨之间。结论：利用三维打印技术成功构建出多孔钙化层仿生重建支架，可为今后研制多层次复合支架治疗骨-软骨损伤奠定基础。 展开更多
关键词 软骨疾病/治疗 硅 钙化合物 透明质酸 胶原Ⅰ型 计算机辅助设 计 成像 三维 海藻酸钠 支架
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力学增强型生物玻璃——陶瓷支架材料促进骨再生修复性能研究 被引量：4
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作者 陈立峰 杨贤燕 +1 位作者 马锐 朱玲华 《浙江大学学报（医学版）》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期600-608,共9页
目的:构建一种低熔点含硼、锌生物玻璃(BG-ZnB)力学增强型生物玻璃一陶瓷的多孔支架材料,并探究BG-ZnB含量对支架的结构、力学性能和骨再生效率的影响。方法:将质量分数为0%、2%、4%的BG-ZnB复合45S5生物活性玻璃通过石蜡微球造孔成型,... 目的:构建一种低熔点含硼、锌生物玻璃(BG-ZnB)力学增强型生物玻璃一陶瓷的多孔支架材料,并探究BG-ZnB含量对支架的结构、力学性能和骨再生效率的影响。方法:将质量分数为0%、2%、4%的BG-ZnB复合45S5生物活性玻璃通过石蜡微球造孔成型,经900℃烧结分别形成45S5/ZB0、45S5/ZB2、45S5/ZB4三种玻璃一陶瓷多孔支架;测定三种玻璃一陶瓷多孔支架的物相组成、孔隙率和压缩性能。36只雄性新西兰大白兔随机分为45S5/ZnB0组、45S5/ZnB2组和45S5/ZnB4组,将三种多孔支架置入兔骨缺损模型中,分别在第6周和第16周通过X射线摄片、显微CT三维结构重建和组织切片染色等方法检测大白兔骨缺损模型支架的骨再生效率;采用HE染色、Masson三色染色和FnVision-二步法染色分析新生骨内生长情况。结果:力学增强型生物玻璃一陶瓷与45S5生物活性玻璃的物相基本一致,但烧结后的支架在外观上有细微变形。45S5/ZnB2组和45S5/ZnB4支架骨架表面晶粒烧结更为致密,抗压强度较45S5/ZnB0支架明显提高(均P<0.05)。支架植入后6周和16周时,45S5/ZnB2组和45S5/ZnB4组成骨率和骨小梁密度高于45S5/ZnBO组(均P<0.05),新生骨、Ⅰ型胶原蛋白和骨钙素表达量较45S5/ZnBO组增加。结论:低熔点高活性BG-ZnB助烧结工艺能构建出力学增强型生物玻璃一陶瓷多孔支架材料,可为研发骨损伤修复材料奠定实验基础。 展开更多
关键词 股骨/损伤 骨代用品 硼 锌 玻璃 二氧化硅 生物相容性材料 材料试验 陶瓷制品 骨再生 胶原 生物力学
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