[发明专利]一种通过电沉积在钛表面制备氧化石墨烯层的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于金属表面技术领域，涉及纯钛表面氧化石墨烯层的制备方法及其应用，具体的说是一种通过电沉积法在纯钛表面制备氧化石墨烯层的方法及其应用。

背景技术

在所有的生物医用金属材料中，钛及其合金的综合性能最为优良，被广泛应用于外科植入材料，如人工骨、人工关节、齿根、血管支架以及其他植入体和医疗器械。钛的高强度和低弹性模量使得它在矫形外科中具有广阔的发展前景。而氧化石墨烯（GO）作为碳家族的新成员，已经引起了各界的广泛关注，其在生物方面，光电方面都起到了令人惊异的作用。另外，由于其较低的生产成本，良好的水溶性，较大的比表面积，和自身具有两亲性等特点，正在被应用于更为广泛的研究领域。近年来有关GO电沉积主要集中在不锈钢，铜，镁，和ITO玻璃等电极上，但是在纯钛电极上通过电沉积形成GO层的研究则鲜有报道。

发明内容

本发明的技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过电沉积在纯钛表面制备氧化石墨烯层的方法及其应用。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种通过电沉积在钛表面制备氧化石墨烯层的方法，按照下述步骤进行：

步骤1，纯钛表面处理，将尺寸为10mm×10mm×1mm的纯钛片经1000、1200、1500、2000、2500目水砂纸打磨后，先后采用丙酮超声清洗5min，去离子水超声清洗5min，并储存于无水乙醇中待用；

步骤2，纯钛表面羟基化，利用酸碱依次对纯钛进行表面处理，即将纯钛试样用去离子水清洗后，采用体积分数20%硝酸水溶液浸泡试样5min，除去表面氧化物，采用去离子水清洗后，将试样浸入5mol/L氢氧化钠水溶液中5min，取出后，用去离子水洗净表面残留氢氧化钠，室温干燥；

步骤3，制备电沉积溶液，氧化石墨烯加入去离子水和无水乙醇的混合溶剂中经超声分散得到分散液，水和乙醇的体积比为（3：1）—（1：3），氧化石墨烯的浓度为0.03-0.1mg/mL，EDC（1-乙基-（3-二甲氨基）碳二亚胺）的浓度为0.1-0.25mg/mL；并利用氢氧化钠水溶液调节电沉积溶液pH值，使得溶液的pH=10～12；

步骤4，将工作电极和参比电极浸入制备的电沉积溶液中，分别连接恒压电源的正极和负极，在40—50度水浴中，采用8—10V恒定电压，电沉积5—20min，优选10—15min，即可在工作电极上即形成氧化石墨烯层。

在所述步骤3中，水和乙醇的体积比为2:1，氧化石墨烯的浓度为0.08mg/ml，EDC的浓度为0.1917mg/ml。

在完成电沉积之后，选择将工作电极采用去离子水进行清洗，室温干燥2h。

将酸碱处理试样和电沉积氧化石墨烯试样分别放入37℃模拟体液（SBF）中进行浸泡，沉积氧化石墨烯的试样相比于酸碱处理试样，磷灰石的沉积速率更快，相同的浸泡时间，沉积氧化石墨烯的试样表面获得磷灰石沉积层面积更大。这也说明，电沉积氧化石墨烯较之于酸碱处理，更有利于提高钛材料的生物活性，并能够加快磷灰石在钛片表面的沉积。

与现有技术相比，本发明的技术方案首次将GO通过电沉积的方法连接到了纯钛的表面，这种制备技术简单、高效。一方面，实现了钛表面简易连接GO，使得可对GO进行进一步改性来改善钛的表面特性。另一方面，扩展了GO的应用空间，由研究粉末和溶液介质中的GO，扩展到了大块固体领域。

附图说明

图1是酸碱处理后的钛表面的扫描电子显微镜照片。

图2是电沉积形成的纯钛表面氧化石墨烯层的扫描电子显微镜照片。

图3是电沉积形成的纯钛表面氧化石墨烯层的扫描电子显微镜照片（高倍）。

图4是纯钛表面氧化石墨烯层的拉曼图谱。

图5是酸碱处理试样（a）和电沉积氧化石墨烯试样（b）在37℃模拟体液中浸泡1天的扫描电子显微镜照片。

图6是酸碱处理试样（a）和电沉积氧化石墨烯试样（b）在37℃模拟体液中浸泡6天的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。本发明通过电沉积在纯钛表面制备氧化石墨烯层的技术路线是：前处理→表面羟基化→配置电沉积溶液→电沉积；最终干燥后即可得到纯钛表面的氧化石墨烯层。使用的纯钛片的纯度是99.9%。

实施例1

1、将尺寸为10mm×10mm×1mm的纯钛片经1000、1200、1500、2000、2500目水砂纸打磨后，先后采用丙酮超声清洗5min，去离子水超声清洗5min，并储存于无水乙醇中待用。