金属基等生物医用复合材料
生物医用材料
生物医用材料生物医用材料是指用于医学领域的一类材料，广泛应用于医疗器械、医疗器具等领域。
生物医用材料具有生物相容性好、生物降解性以及生物仿生性等特点，可以与人体组织有效地进行交互作用，提供持久、安全和可靠的医疗效果。
生物医用材料一般可分为金属材料、聚合物材料、陶瓷材料和复合材料四大类。
其中，金属材料一般采用不锈钢、钛合金等；聚合物材料主要有聚乳酸、聚偏氟乙烯等；陶瓷材料则包括氧化铝、羟基磷灰石等；复合材料则可以是一种或多种材料的组合。
不同的材料在生物医用领域起到不同的作用，满足不同的医疗需求。
在生物医用器械中，金属材料常用于制作支架、骨板等。
金属材料具有强度高、硬度好的特点，可以有效承担人体部位的力学负荷。
常用的钛合金材料具有生物相容性好、不易引起过敏等优点，广泛应用于骨科和牙科领域。
聚合物材料则在生物医用领域中具有广泛的应用。
聚乳酸被广泛应用于可吸收缝合线、骨内固定器等器械中。
聚乳酸具有良好的生物降解性，可以在人体内自然降解，避免了二次手术取出材料的需要。
此外，聚合物材料还可以根据不同的需求进行修饰，如改变材料的表面形态，提高材料与人体组织的相容性。
陶瓷材料主要应用于牙科和骨科领域。
陶瓷材料具有优异的生物相容性和生物降解性能，可以模拟人体骨组织的结构和力学性能，实现与人体骨组织的良好结合。
羟基磷灰石是一种常用的陶瓷材料，被广泛使用于人工骨、缺损修复和牙科修复等领域。
复合材料则是将不同的材料进行组合，以达到更好的功能和性能。
复合材料可以包括金属与聚合物的组合，或是多种不同的金属的组合。
在生物医用领域中，复合材料常用于制作人工关节等器械。
复合材料在强度和生物相容性上可以兼具，提高了材料的性能。
总的来说，生物医用材料是一类专门用于医疗领域的材料，具有生物相容性、生物降解性和生物仿生性等特点。
不同的生物医用材料在医疗领域起到不同的作用，满足不同医疗需求。
随着科技的不断进步，生物医用材料的研究发展将为医学领域的发展提供更多可能性。
生物医用复合材料
第六章 生物医用复合材料
第一节 概述
一、生物医用复合材料的概念
生物医用复合材料是由两种或两种以上不同材料复合 而成的生物医用材料，它主要用于人体组织的修复、替换和 人工器官的制造。
二、生物医用复合材料的分类
根据复合材料的三要素分类如下：
（1）按基体材料分类，有陶瓷基生物医用复合材料、高分子 基生物医用复合材料、金属基生物医用复合材料。
（2）按材料植入体内后引起的组织材料反应分类，有近于生 物惰性的复合材料、生物活性复合材料和可吸收生物医用复 合材料，其具体分类和用途见表6-1。
（3）按增强体的形态和性质分为纤维增强生物医用复合材 料和颗粒增强生物医用复合材料。
纤维增强生物医用复合材料是以纤维为增强体而形成的一 类生物医用复合材料，作为增强体的纤维有碳纤维和其他陶瓷 纤维、玻璃纤维、金属纤维和高分子纤维，基体材料主要是医 用高分子材料和生物陶瓷等。纤维在基体中起组成成分和骨架 作用，基体起粘结纤维和传递力的作用，纤维的性能、纤维在 基体中的含量、分布以及与基体材料的界面结合情况对复合材 料的力学性能影响较大。纤维增强生物医用材料，由于其结构 与人体组织非常相似，因此具有较大的发展潜力。
2.抗疲劳性能好
疲劳是材料在循环应力作用下的性能。由长3mm的热解 碳纤维无规则地分布于超高分子质量聚乙烯基体中形成的复合 材料，含10%～15%体积碳纤维时，其强度、刚性、抗疲劳 和抗摩擦性能均显著地高于聚乙烯。碳纤维的抗疲劳强度很高， 基体材料塑性好，即使出现了裂纹，但塑性形变能使裂纹尖端 锐化，从而减缓扩展，增强相与基体间的界面也能有效地组织 疲劳裂纹的扩展。
生物医用金属材料的制备与性能研究
生物医用金属材料的制备与性能研究在现代医学领域中，金属材料作为一种重要的制备材料在生物医用方面起到了重要的作用。
这些材料具有良好的生物相容性和机械性能，能够用于骨创伤修复、人工关节等领域。
本文将探讨生物医用金属材料的制备方法和性能研究。
一、生物医用金属材料的制备方法生物医用金属材料的制备方法多种多样，常见的方法包括粉末冶金、溶液法、沉积法等。
其中，粉末冶金是一种较常用的方法。
该方法通过将金属原料加工成微米级的粉末，然后进行烧结或热处理等工艺，最终制备出具有一定强度和生物相容性的金属材料。
另外，溶液法也是一种常用的制备方法。
该方法将金属原料溶解于溶液中，然后通过沉淀、电沉积等方法控制金属沉积在基材上，最终制备出金属薄膜或涂层。
这种方法能够控制金属材料的成分和微观结构，提高其生物相容性和功能性。
二、生物医用金属材料的性能研究生物医用金属材料的性能研究包括机械性能、生物相容性、表面改性等方面。
其中，机械性能是指金属材料在应力、应变等外力作用下的特性。
通过测量金属材料的屈服强度、硬度、延伸率等参数，可以评估材料的强度和韧性。
这些机械性能对于金属材料在骨创伤修复等应用中至关重要。
生物相容性是评估生物医用金属材料在人体内被接受程度的指标。
金属材料与人体组织的相互作用会导致一系列生物学反应，如炎症反应、细胞增殖等。
通过体外和体内实验方法，研究人员可以评估金属材料的生物相容性，以确保其在人体内的安全性和稳定性。
表面改性是通过改变生物医用金属材料表面的化学组成和形貌，来实现其特定功能。
例如，通过表面涂层、微纳结构等方式，可以提高金属材料的附着性、抗菌能力等性能。
研究人员利用化学和物理方法对金属材料进行表面改性，以满足临床应用的需求。
三、生物医用金属材料的应用生物医用金属材料广泛应用于骨创伤修复、人工关节、心脏支架等领域。
例如，在骨创伤修复方面，钛合金和不锈钢等金属材料被制备成骨板、骨针等形式，用于骨折的固定和修复。
生物医用复合材料
生物医用复合材料生物医用复合材料(biomedical composite materials) 是由两种或两种以上的不同材料复合而成的生物医用材料，它主要用于人体组织的修复、替换和人工器官的制造［1］。
长期临床应用发现，传统医用金属材料和高分子材料不具生物活性，与组织不易牢固结合，在生理环境中或植入体内后受生理环境的影响，导致金属离子或单体释放，造成对机体的不良影响。
而生物陶瓷材料虽然具有良好的化学稳定性和相容性、高的强度和耐磨、耐蚀性，但材料的抗弯强度低、脆性大，在生理环境中的疲劳与破坏强度不高，在没有补强措施的条件下，它只能应用于不承受负荷或仅承受纯压应力负荷的情况。
因此，单一材料不能很好地满足临床应用的要求。
利用不同性质的材料复合而成的生物医用复合材料，不仅兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分材料不具备的新性能，为获得结构和性质类似于人体组织的生物医学材料开辟了一条广阔的途径，生物医用复合材料必将成为生物医用材料研究和发展中最为活跃的领域。
1. 生物医用复合材料组分材料的选择要求生物医用复合材料根据应用需求进行设计，由基体材料与增强材料或功能材料组成，复合材料的性质将取决于组分材料的性质、含量和它们之间的界面。
常用的基体材料有医用高分子、医用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸钙基或其他生物陶瓷、医用不锈钢、钻基合金等医用金属材料；增强体材料有碳纤维、不锈钢和钛基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体，另外还有氧化锆、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒增强体。
植入体内的材料在人体复杂的生理环境中，长期受物理、化学、生物电等因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此，生物医用组分材料必须满足下面几项要求：(1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的现象；(2)具有良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变化，同时材料组成不引起生物体的生物反应；(3)具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击性能；(4)具有良好的灭菌性能，保证生物材料在临床上的顺利应用。
生物医用材料的种类及应用
生物医用材料的种类及应用摘要：生物医用材料是近年来发展迅速的新型高科技材料，如人工骨、高分子材料、无机非金属材料、复合材料等，本文根据其物质属性对常用的医用生物材料进行了分类及各部分最新的应用研究进展，根据分类对常用的医用生物材料在骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科方面的应用做了详细阐述。
生物医用材料的应用对挽救生命和提高人民健康水平做出了重大贡献，随着现代医学飞速发展不断获得关注，发展前景广阔。
关键词：生物医用材料人工骨生物陶瓷硅橡胶复合材料1生物医用材料1.1生物医用材料的定义生物医用材料（Biomedical Material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。
它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。
当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业。
先由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。
1.2生物医用材料的种类生物材料品种很多，有不同的分类方法。
通常是按材料的物质属性分类，据物质属性，生物医用材料大致可以分为以下几种：（1）生物医用金属材料生物医用金属材料（Biomedical Metallic Materials）是作为生物医学材料的金属或合金，具有很高的机械强度和抗疲劳特性，是临床应用最广泛的承力植入材料，主要有钴合金（Co-Cr-Ni）、钛合金（Ti-6a1-4v）和不锈钢的人工关节和人工骨。
（2）生物医用高分子材料生物医用高分子材料（Biomedical Polymer）分为天然医用高分子材料和合成医用高分子材料，近年来合成高分子医用材料迅速发展，硕果累累。
通过分子设计，可以获得很多具有良好物理机械性和生物相容性的生物材料。
金属基复合材料简介及研究现状
3D打印技术
02
利用3D打印技术，实现金属基复合材料的定制化、高效制造
。
多尺度复合技术
03
发展多尺度复合技术，实现金属基复合材料的多层次结构设计
。
05
结论与展望
研究成果总结
金属基复合材料的制备技术得到改进，包括粉末冶金法、喷射沉积法、机械合金 化法等复合材料的应用领域不断扩大，涉及到能源、环保、医疗、航空航天等领 域，且在各个领域中都有显著的应用成果。
02
金属基复合材料的性能与 特点
力学性能
01
02
03
强度与硬度
金属基复合材料具有较高 的强度和硬度，能够承受 较大的应力和压力。
韧性
金属基复合材料的韧性比 金属单质更强，能够吸收 更多的能量，抵抗冲击和 振动。
疲劳性能
金属基复合材料的疲劳性 能较好，能够在反复应力 作用下保持稳定的性能。
物理性能
由于金属基复合材料具有高强度、高刚性和 轻质等优点，因此在航空航天领域得到广泛 应用，如飞机结构件、卫星部件等。
金属基复合材料在汽车工业中也有广泛应用 ，如汽车发动机部件、变速器齿轮等。
能源领域
生物医学领域
金属基复合材料在能源领域也有广泛应用， 如太阳能电池板支架、核反应堆结构件等。
金属基复合材料在生物医学领域也有广泛应 用，如人工关节、牙科种植体等。
扩散法
将增强体和金属基体在高温下进行扩散处理，使两者相互 渗透、结合，形成复合材料。该方法适用于制备连续或非 连续增强金属基复合材料。
喷射沉积法
将增强体和金属熔体通过喷射、雾化等方法制备成复合材 料。该方法适用于制备连续或非连续增强金属基复合材料 。
金属基复合材料的应用领域
生物医用复合材料
生物医用复合材料
生物医用复合材料是一种新型材料，它将生物材料与医用材料相结合，具有良好的生物相容性和生物活性，广泛应用于医疗领域。
生物医用复合材料的研究和应用对于提高医疗器械的性能和功能具有重要意义。
首先，生物医用复合材料具有良好的生物相容性。
生物相容性是指材料与生物体相互作用时，不会引起明显的排斥反应或产生有害的影响。
生物医用复合材料通常采用生物可降解材料或生物惰性材料作为基质，再加入生物活性物质，如生长因子、细胞因子等，以增强材料的生物相容性，降低组织排斥反应，促进组织修复和再生。
其次，生物医用复合材料具有良好的生物活性。
生物活性是指材料具有促进细胞黏附、增殖和分化的能力，能够与生物体组织产生积极的相互作用。
生物医用复合材料中的生物活性物质能够诱导周围组织生长，促进血管新生，加速组织修复和再生，有利于医疗器械与人体组织的结合，提高治疗效果。
生物医用复合材料在医疗领域具有广泛的应用。
例如，生物可降解支架是一种常见的生物医用复合材料，它能够在植入体内逐渐降解，减少二次手术的风险；生物活性骨修复材料能够促进骨折愈合和骨缺损修复；生物医用复合材料还可用于制备人工皮肤、人工血管、人工关节等医疗器械，以满足临床治疗的需要。
总之，生物医用复合材料具有良好的生物相容性和生物活性，广泛应用于医疗领域，对于提高医疗器械的性能和功能具有重要意义。
随着生物医学工程和材料科学的不断发展，相信生物医用复合材料将会在未来发挥越来越重要的作用，为人类健康事业做出更大的贡献。
生物医用材料分类
生物医用材料摘要：生物医用材料(Biomedical Materials)，又名生物材料(Biomaterials)，是一类具有特殊性能，应用于生物体疾病的诊断、治疗、康复和预防，以及替换生物体组织、器官、增进或恢复功能，诱导再生的材料。
它是研究人工器官和医疗器械的基础，是当代材料学科的重要分支，随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物医用材料已成为科学家研究和开发的热点。
生物材料的特征之一是生物功能性(biofunctionality)，即能对生物体进行诊断、治疗或修复；二是生物相容性(biocompatibility)，即不引起生物组织血液等的不良反应。
关键词：生物医用材料、生物医用金属材料、生物医用高分子材料、生物医用无机非金属材料或生物陶瓷、生物医用复合材料、生物医用衍生材料自古以来，人类就不断的与疾病就不断的与病魔作斗争，生物医用材料是人类与疾病作斗争的有效工具之一。
在不同的历史时期，生物医用材料被赋予了不同的意义，在现代医学上有着举足轻重的医用地位。
生物医用材料作为临床广泛应用的医疗用品，它具有以下较高的基本要求：无毒性、不致癌、不致畸和不引起人体细胞、组织和器官发生突变；与人体组织相容性好，不引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象；化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用；具有与天然组织相适应的物理机械特性；针对不同的使用目的具有特定的功能。
生物医用材料可以按照来源、性质、应用部位、使用要求和材料的类型进行不同类型的分类。
下面我将从材料类型说一下：1.生物医用金属材料生物医用金属材料，就是外科用金属材料及生物医学手术中使用的合金或金属，属于惰性材料，具有较高的抗疲劳性能和机械强度、又有较好的生物力学特性。
目前广泛应用与外科辅助器材、人工器官、软硬组织等方面。
因为具有广泛的应用，所以它有较高的性能要求：（1）机械性能：要有足够的强度和韧性，适当的弹性与硬度，良好的抗疲劳性（金属材料的疲劳：材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。
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当粒径小于15nm时，其矫顽力Hc→0，即进入了超顺磁状
态。
制作人:刘娟 282456221@
第一节 纳米材料
二、纳米材料的主要制备方法 1、物理方法
(1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料 气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组 织好、粒度可控，但技术设备要求高。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米
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第一节 纳米材料
（3）热学性质
纳米微粒的熔
点、烧结温度
和晶化温度均
比常规粉体低
得多。这是纳 米微粒量子效 应造成的。
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第一节 纳米材料
（4）磁学性质
纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效 应，使其具有常规粗晶材料不具备的磁特性。
1、宽频带强吸收 当尺寸减小到纳米级时，各种金属纳米微粒几乎都呈
黑色，它们对可见光的反射率极低。这就是纳米材料的强
吸收率、低反射率。
例如，铂金纳米粒子的反射率为1%。
纳米氮化硅、碳化硅及三氧化二铝对红外有一个宽频 带强吸收谱。
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第一节 纳米材料
2、纳米微粒分散物系的光学性质和发光效应
粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分
布不均匀。
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第一节 纳米材料
(3)机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素
纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点
操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
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第一节 纳米材料
1.表面效应
表 面 原 子 数 相 对 总 原 子 数
100 80
比 例 60 （ 40 ） 20
0 0 10 20 30 40 50
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%
第一节 纳米材料
2.小尺寸效应
金属纳米固体材料的电阻增大与临界尺寸现象归因于小尺寸
效应。当颗粒尺寸与电子运动的平均自由程可比拟或更小
第六章
新材料化学
新能源学院
2011年5月16日
第六章 新材料化学
新材料是指新近发展的或正 在研发的、性能超群的一些材料， 具有比传统材料更为优异的性能。
新材料技术则是按照人的意志，
通过物理研究、 材料设计、材料
加工、试验评价等一系列研究过
程，创造出能满足各种需要的新 型材料的技术。
第六章 新材料化学
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原子排成的“原子”字样
1nm=1/10亿米，10个氢原子 紧密排列，20nm是头发丝直 径的3000分之一
第一节 纳米材料
纳米材料的基本特性：
1. 量子尺寸效应
2. 表面效应
3.小尺寸效应
4.宏观量子隧道效应
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第一节 纳米材料
2. 化学方法
(1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材
第一节 纳米材料
由于纳米材料的组织粒子极其小，其中所包含的原子 个数极少、质量极轻，许多物理和化学性质表现就不能用 宏观上块状物质的性质来描述，而是出现一些“反常现象
”。
（1）光学性质
（2）力学性质
（3）热学性质 （4）磁学性质
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第一节 纳米材料
（1）光学性质
• 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成
。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～
100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的 过渡区域。
• 从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统
既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一 种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效 应和宏观量子隧道效应。
纳米微粒分散于介质中形成分散物系（溶胶），纳米
微粒称为胶体（或分散相）。
由于在溶胶中胶体的高分散性和不均匀性，使得分散 物系具有特殊的光学特性，例如丁达尔效应。丁达尔效应 ——如果让一束聚集的光线通过分散物系，在入射光的垂 直方向上可以看到一个发光的圆锥体。
另外，当纳米微粒的尺寸小到一定值时，可在一定波
第一节 纳米材料 第二节 复合材料 第三节 生物材料 第四节 智能材料 第五节 新能源材料
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第一节 纳米材料
一、纳米材料概述
二、纳米材料的主要制备方法 三、纳米材料的应用领域
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第一节 纳米材料
一、纳米材料概述
时，小尺寸效应不容忽视。界面散射为主因。
e_
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第一节 纳米材料
3.量子尺寸效应
当纳米颗粒尺寸小到一定程度时，费米面附近电子能 级的离散性非常显著，量子尺寸效应不容忽视，最后导致
低温下导体向绝缘体的转变
～
（如kBT）
制作人:刘娟 282456221@
第一节 纳米材料
4.宏观量子隧道效应
隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总 能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来 ，人们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器 件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观 系统的势阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。
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长的光激发下发光。这是载流子的量子限域效应引起的。
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第一节 纳米材料
（2）力学性质
金属纳米材料和陶瓷纳米材料有着比一般材料更高的
强度和硬度，甚至大部分陶瓷纲米材料也具有良好的塑性
和韧性。如A12O3基体中加入纳米SiC晶粒制成的陶瓷材料， 其最高强度大于1500MPa，最高使用温度也可以原来的 800℃提高到1200 ℃，纳米Ag微粒只要低于373K就开始 熔化，而常规Ag的熔点却在1173K左右。
主要表现为：超顺磁性、矫顽力、居里温度和磁
化率。
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第ห้องสมุดไป่ตู้节 纳米材料
超顺磁状态的起因： 由于小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相 比时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化方 向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。 例如，粒径为85nm的纳米镍Ni微粒，矫顽力很高，而