Παρασκευή και μελέτη βοριοφωσφορικών υάλων αλκαλικών γαιών με προσθετό Ga2O3
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Ανανιάδου, Αντονέλα
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η παρασκευή και μελέτη βοριοφωσφορικών υάλων στροντίου με Ga2O3, συστάσεων 0.58SrO ∙ 0.14B2O3 ∙ (0.28 − 𝑥)P2O5 ∙ 𝑥Ga2O3, για 𝑥 = 0,0.04,0.08,0.24. Σε πρόσφατη μελέτη, το τριαδικό σύστημα βοριοφωσφορικών υάλων στροντίου, συστάσεων 𝑥SrO ∙ (1 − 𝑥)[0.68B2O3 ∙ 0.32P2O5], για 0.40 ≤ 𝑥 ≤ 0.68 παρουσίασε υψηλή χημική σταθερότητα. Σε άλλες μελέτες, διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη Ga2O3 σε φωσφορικές υάλους ψευδαργύρου ενισχύει επίσης την χημική τους ανθεκτικότητα. Μελέτες συστημάτων SiO2 ∙ CaO ∙ SrO ∙ Na2O και Na2O ∙ KO2 ∙ MgO ∙ CaO ∙ SrO ∙ SiO2 ∙ B2O3 ∙ P2O5 έδειξαν ότι οι ύαλοι που περιέχουν στρόντιο παρουσιάζουν βιοενεργότητα. Επίσης, σύμφωνα με μελέτη του συστήματος SiO2 ∙ Na2O ∙ CaO ∙ P2O5 ∙ Ga2O3, οι ύαλοι οδηγούν στον σχηματισμό υδροξυαπατίτη κατά την παραμονή τους σε SBF, έχοντας παράλληλα αντιμικροβιακή δράση. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη του συστήματος SrO ∙ B2O3 ∙ P2O5 ∙ Ga2O3 και η επίδραση του συνδυασμού SrO και Ga2O3 σε βοριοφωσφορικές υάλους ως προς την χημική ανθεκτικότητα και τη βιοενεργότητα. Πρέπει να σημειωθεί, ότι η βιοενεργότητα μιας υάλου προϋποθέτει σχετικά ενδιάμεσες τιμές χημικής ανθεκτικότητας καθώς, μία ύαλος με πολύ υψηλή χημική ανθεκτικότητα δεν δύναται να παρουσιάζει βιοενεργότητα. Το πρώτο κεφάλαιο, της εισαγωγής, ξεκινά με μια ιστορική αναδρομή των υάλων. Περιγράφονται βασικές έννοιες των υάλων, όπως η υαλώδης κατάσταση και γίνεται αναφορά στις δομικές προσεγγίσεις και τη θερμική συμπεριφορά των υάλων. Επιπλέον, αναλύονται οι δομές βορικών, φωσφορικών υάλων και υάλων γαλλίου. Τέλος, γίνεται μια συνοπτική αναφορά στα βιοϋλικά. Το δεύτερο κεφάλαιο αφορά τη θεωρία των τεχνικών χαρακτηρισμού που χρησιμοποιήθηκαν για το σύστημα των υάλων που μελετήθηκε και της προσομοίωσης μοριακής δυναμικής. Περιγράφονται οι κανονικοί τρόποι δόνησης των μορίων και οι αρχές λειτουργίας των δονητικών φασματοσκοπιών IR και Raman. Το τρίτο κεφάλαιο αναφέρεται θεωρητικά στις φυσικές και χημικές ιδιότητες των υάλων που μελετήθηκαν. Συγκεκριμένα, διατυπώνεται η Αρχή του Αρχιμήδη, η οποία εφαρμόζεται για τον υπολογισμό της πυκνότητας των υάλων. Επίσης, γίνεται λόγος για την ικανότητα των υάλων να αντιστέκονται στη διάβρωση (χημική ανθεκτικότητα). Τέλος, γίνεται αναφορά στη βιοενεργότητα, σε ενώσεις φωσφορικού ασβεστίου και στον υδροξυαπατίτη. Στο τέταρτο κεφάλαιο (πειραματικό μέρος), περιγράφονται οι πειραματικές διαδικασίες για την παρασκευή των υάλων και του SBF, για τις μετρήσεις πυκνότητας και τη μελέτη χημικής ανθεκτικότητας και βιοενεργότητας των υάλων. Στο πέμπτο κεφάλαιο, αρχικά, παρουσιάζεται μια βιβλιογραφική ανασκόπηση παλαιότερων μελετών φωσφορικών, βορικών υάλων και υάλων γαλλίου. Έπειτα, ακολουθεί η ανάλυση της δομής του εξεταζόμενου συστήματος από τα φάσματα Raman και IR, καθώς και με υπολογισμούς προσομοιώσεων μοριακής δυναμικής. Η μελέτη μοριακής δυναμικής (MD) έδειξε ενδιαφέροντα αποτελέσματα για το κοντινό περιβάλλον των στοιχείων των υάλων σε γενική συμφωνία με τα αποτελέσματα των τεχνικών Raman και IR. Υπολογίστηκαν αποστάσεις δεσμών, γεωμετρίες και αριθμοί σύνταξης και μελετήθηκαν οι τάσεις δημιουργίας ή καταστροφής των διαφόρων μονάδων που αποτελούν το υαλώδες δίκτυο της κάθε υάλου. Στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο μελετώνται οι φυσικές και χημικές ιδιότητες των υάλων, όπως πυκνότητα, μοριακός όγκος, ταχύτητα διάλυσης, η χημική ανθεκτικότητα και η βιοενεργότητα. Ως αποτέλεσμα της συγκεκριμένης μελέτης, προκύπτει ότι οι συστάσεις των βοριοφωσφορικών υάλων που αξιολογήθηκαν δεν παρουσίασαν σημαντικές ενδείξεις βιοενεργότητας ενώ, παράλληλα, και η χημική ανθεκτικότητα κυμάνθηκε σε χαμηλές τιμές. Η αντικατάσταση του P2O5 από το Ga2O3 επηρέασε αρνητικά τις τιμές της χημικής ανθεκτικότητας και οδήγησε σε δομικές ανακατατάξεις στο υαλώδες δίκτυο, που ευνοούν τις αντιδράσεις υδρόλυσης και διάλυσης του υλικού στο απεσταγμένο νερό.
The present master thesis deals with the preparation and study of strontium borophosphate glasses with Ga2O3, and compositions 0.58SrO ∙ 0.14B2O3 ∙ (0.28 − 𝑥)P2O5 ∙ 𝑥Ga2O3, for 𝑥 = 0,0.04,0.08,0.24. In current study, the ternary system of strontium borophosphate glasses with compositions 𝑥SrO ∙ (1 − 𝑥)[0.68B2O3 ∙ 0.32P2O5], for 0.40 ≤ 𝑥 ≤ 0.68 showed high chemical stability. In other studies, was found that the addition of Ga2O3 in zinc phosphate glasses improves also their chemical durability. Studies in the system of SiO2 ∙ CaO ∙ SrO ∙ Na2O and Na2O ∙ KO2 ∙ MgO ∙ CaO ∙ SrO ∙ SiO2 ∙ B2O3 ∙ P2O5 showed that the glasses containing strontium were bioactive. Also, according the study of SiO2 ∙ Na2O ∙ CaO ∙ P2O5 ∙ Ga2O3 system, the glasses occur to the formation of hydroxyapatite during their stay in SBF, having at the same time antibacterial effect. The purpose of this master thesis was the study of SrO ∙ B2O3 ∙ P2O5 ∙ Ga2O3 system and the effect of SrO and Ga2O3 combination in borophosphate glasses on chemical durability and bioactivity. It is notable, that the bioactivity of a glass requires intermediate values of chemical durability, as a glass with high chemical durability is not possible to present bioactivity. The first chapter, the introduction, starts with a historical flash of glasses. Basic concepts of glasses are described, such as the glassy state and a reference is made for the structural approaches and the thermal behavior of glasses. Furthermore, borate, phosphate and gallate glass structures are described. Finally, a brief report is made to bio-materials. The second chapter concerns the theory of the characterization techniques used for the glass system studied and the molecular dynamics simulation. The normal modes of vibration of the molecules and the principles of IR and Raman vibration spectroscopy are described. The third chapter refers theoretically to the physical and chemical properties of the glasses studied. Specifically, the Archimedes Principle is formulated, which is applied for the calculation of glass density. Moreover, the ability of glass to resist of corrosion (chemical durability) is referred. Finally, reference is made to bioactivity, calcium phosphate compounds and hydroxyapatite. In the fourth chapter (experimental part), experimental procedures for the preparation of glass and SBF, for density measurements and the study of chemical resistance and bioactivity of the glasses are described. In the fifth chapter, initially, a literature review of earlier studies of phosphate, borate glasses and gallate glasses is presented. Then, follows the analysis of the structure of the studied system using the Raman and IR spectra, and the molecular dynamics simulations results. The molecular dynamics study (MD) showed interesting results for the nearby environment of glass components in general agreement with the results of Raman and IR techniques. Bond lengths, geometries, and coordination numbers were calculated and trends in the creation or destruction of the various units that make up the vitreous of each glass were studied. The sixth and final chapter investigates the physical and chemical properties of glasses, such as density, molecular volume, dissolution rate, chemical durability and bioactivity. As a result of this study, it appears that the compositions of the borophosphate glasses evaluated didn’t show significant evidence of bioactivity, while the chemical durability ranged in low values. Substitution of P2O5 by Ga2O3 has adversely affected chemical resistance values and has led to structural rearrangements in the vitreous network, favoring the hydrolysis and dissolution reactions of the material in distilled water.
The present master thesis deals with the preparation and study of strontium borophosphate glasses with Ga2O3, and compositions 0.58SrO ∙ 0.14B2O3 ∙ (0.28 − 𝑥)P2O5 ∙ 𝑥Ga2O3, for 𝑥 = 0,0.04,0.08,0.24. In current study, the ternary system of strontium borophosphate glasses with compositions 𝑥SrO ∙ (1 − 𝑥)[0.68B2O3 ∙ 0.32P2O5], for 0.40 ≤ 𝑥 ≤ 0.68 showed high chemical stability. In other studies, was found that the addition of Ga2O3 in zinc phosphate glasses improves also their chemical durability. Studies in the system of SiO2 ∙ CaO ∙ SrO ∙ Na2O and Na2O ∙ KO2 ∙ MgO ∙ CaO ∙ SrO ∙ SiO2 ∙ B2O3 ∙ P2O5 showed that the glasses containing strontium were bioactive. Also, according the study of SiO2 ∙ Na2O ∙ CaO ∙ P2O5 ∙ Ga2O3 system, the glasses occur to the formation of hydroxyapatite during their stay in SBF, having at the same time antibacterial effect. The purpose of this master thesis was the study of SrO ∙ B2O3 ∙ P2O5 ∙ Ga2O3 system and the effect of SrO and Ga2O3 combination in borophosphate glasses on chemical durability and bioactivity. It is notable, that the bioactivity of a glass requires intermediate values of chemical durability, as a glass with high chemical durability is not possible to present bioactivity. The first chapter, the introduction, starts with a historical flash of glasses. Basic concepts of glasses are described, such as the glassy state and a reference is made for the structural approaches and the thermal behavior of glasses. Furthermore, borate, phosphate and gallate glass structures are described. Finally, a brief report is made to bio-materials. The second chapter concerns the theory of the characterization techniques used for the glass system studied and the molecular dynamics simulation. The normal modes of vibration of the molecules and the principles of IR and Raman vibration spectroscopy are described. The third chapter refers theoretically to the physical and chemical properties of the glasses studied. Specifically, the Archimedes Principle is formulated, which is applied for the calculation of glass density. Moreover, the ability of glass to resist of corrosion (chemical durability) is referred. Finally, reference is made to bioactivity, calcium phosphate compounds and hydroxyapatite. In the fourth chapter (experimental part), experimental procedures for the preparation of glass and SBF, for density measurements and the study of chemical resistance and bioactivity of the glasses are described. In the fifth chapter, initially, a literature review of earlier studies of phosphate, borate glasses and gallate glasses is presented. Then, follows the analysis of the structure of the studied system using the Raman and IR spectra, and the molecular dynamics simulations results. The molecular dynamics study (MD) showed interesting results for the nearby environment of glass components in general agreement with the results of Raman and IR techniques. Bond lengths, geometries, and coordination numbers were calculated and trends in the creation or destruction of the various units that make up the vitreous of each glass were studied. The sixth and final chapter investigates the physical and chemical properties of glasses, such as density, molecular volume, dissolution rate, chemical durability and bioactivity. As a result of this study, it appears that the compositions of the borophosphate glasses evaluated didn’t show significant evidence of bioactivity, while the chemical durability ranged in low values. Substitution of P2O5 by Ga2O3 has adversely affected chemical resistance values and has led to structural rearrangements in the vitreous network, favoring the hydrolysis and dissolution reactions of the material in distilled water.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Βοριοφωσφορική ύαλος, Στρόντιο, Χημική ανθεκτικότητα, Βιοενεργότητα, Borophosphate glass, Strontium, Chemical durability, Bioactivity
Θεματική κατηγορία
Ύαλος
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
el
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Όνομα επιβλέποντος
Καρακασίδης, Μιχαήλ
Εξεταστική επιτροπή
Καρακασίδης, Μιχαήλ
Αγαθόπουλος, Συμεών
Παπαγιάννης, Δημήτριος
Αγαθόπουλος, Συμεών
Παπαγιάννης, Δημήτριος
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Πίνακας περιεχομένων
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Βιβλιογραφία: σ. 93-97
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
102 σ.