[发明专利]兼具高强度和抗菌特性的可降解锌基复合材料及制备方法

说明书

本发明属于医用材料制备技术领域，涉及兼具高强度和抗菌特性的可降解锌基复合材料及制备方法。制备方法步骤如下：1.以氧化石墨烯，醋酸铜为原料，通过水热还原法得到氧化亚铜改性石墨烯粉末；2.对纯锌粉与合金元素粉末进行球磨合金化得到Zn合金粉末；3.将氧化亚铜改性石墨烯均匀分散至锌合金粉末中，得到氧化亚铜改性石墨烯锌银合金混合粉末。4.对氧化亚铜改性石墨烯锌银合金混合粉末进行烧结。5.进行热挤压，制得Zn‑Cu‑X合金基复合材料。本发明解决了锌基复合材料中氧化石墨烯增强体与锌基体之间界面结合性能不佳导致力学性能不足的问题，通过氧化亚铜与锌基体间的原位反应，改善了增强体与锌基体间的界面性能，得到兼具高强度与抗菌的锌基复合材料。

技术领域

本发明涉及生物医用锌基复合材料制备，特别是一种基于氧化亚铜诱导原位界面润湿策略获得兼具高强度和抗菌特性的可降解锌基复合材料及制备方法。

背景技术

近年来，生物可降解锌基材料作为新型骨科植入材料的研究成为了生物医用材料领域的研究热点。锌是人体的重要营养元素，具有良好的生物相容性与生物安全性；资源丰富,价格相对低廉。更重要的是，锌及锌基材料的生物降解速度更符合临床要求。因此，锌及锌基材料作为生物可降解人体植入物的临床应用意义重大。目前，限制锌合金第一个主要障碍是其较低的力学性能，铸态纯锌的力学强度仅为40MPa左右，远远低于生物医用金属植入材料的力学性能要求。

石墨烯具备优异的力学强度与比表面积是一种理想的复合材料增强体。更重要的是石墨烯作为二维材料可以通过载荷传导作用有效提高金属基体的力学强度。因此在锌基体中添加石墨烯获得石墨烯增强锌基复合材料有望解决锌基体力学性能不佳的问题。然而石墨烯属于碳材料，其与金属锌之间的界面性能不佳，难以形成有效的载荷传导效果，所以无法通过添加未改性石墨烯获得具备高强度锌基复合材料。通过对氧化石墨烯进行改性可以在石墨烯表面通过化学键链接纳米颗粒，而合适的纳米颗粒可以在锌基复合材料制备时与锌基体发生氧化还原反应从而原位获得一种中间相来桥接石墨烯与锌基体。从而获得石墨烯与锌基体间良好的界面性能。因此，采用一种适宜的氧化还原反应得到一种适宜的中间相,提高石墨烯与锌基体间的界面结合性能是石墨烯增强锌基复合生物材料需要解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题，提供一种兼具高强度和抗菌特性的可降解锌基复合材料及制备方法。

本发明的技术方案：

一种兼具高强度和抗菌特性的可降解锌基复合材料的制备方法，制备步骤如下：

1)以氧化石墨烯，醋酸铜为原料，以抗坏血酸作为还原剂，通过水热还原法得到氧化亚铜改性石墨烯粉末；

2)利用行星式球磨对纯锌粉与合金元素粉末进行球磨合金化得到锌合金粉末；

3)利用行星式球磨将氧化亚铜改性石墨烯均匀分散至锌合金粉末中，得到氧化亚铜改性石墨烯与锌合金的混合粉末；

4)对氧化亚铜改性石墨烯与锌合金混合粉末进行烧结，从而得到烧结态氧化亚铜改性石墨烯增强锌合金基复合材料；在烧结同时氧化亚铜会与锌基体发生氧化还原反应，原位生成氧化锌与单质铜；氧化锌可以作为石墨烯与锌合金基体之间的中间层，从而提高石墨烯增强体与锌基体之间的界面结合性能；在另一方面，单质铜作为合金元素可以与锌基体合金化，从而赋予锌基复合材料以抗菌特性；

5)对烧结态氧化亚铜改性石墨烯增强锌银合金基复合材料进行热挤压，进一步提高其力学性能，最终制得氧化亚铜改性石墨烯增强锌合金基复合材料。

所述的氧化亚铜改性石墨烯是以醋酸铜与氧化石墨烯为原料，以抗坏血酸为还原剂，通过水热反应制备得到的；在最终得到的氧化亚铜改性石墨烯中，氧化亚铜与石墨烯的质量比为1：1至20：1。