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碳纳米材料的制备及其在磷酸钙骨水泥中的应用
碳纳米材料（carbonnanomaterials）是指由碳元素构成的一类尺寸在纳米级别的材料，包括碳纳米管、石墨烯、纳米金刚石等。碳纳米材料具有许多优秀的物理、化学以及机械性能，已经在生物医学、电子器件、能源存储等领域得到广泛应用。本文将重点介绍碳纳米材料的制备以及在磷酸钙骨水泥中的应用。
一、碳纳米材料的制备
碳纳米材料的制备方法有多种，如化学气相沉积、电化学沉积、高能球磨等。下面主要介绍两种常用的制备方法。
1.化学气相沉积法
化学气相沉积法是制备碳纳米管的一种重要方法。其原理是在高温下，将一种含有碳源气体（如乙烯、甲烷、乙酸乙酯等）和载气体（如氢气、氮气等）混合流经石英玻璃管，在催化剂（如镍、铜等）的作用下，形成碳纳米管。该方法制备的碳纳米管具有直径可控、长度可调、成分纯净等特点。
2.电化学沉积法
电化学沉积法是一种简便的制备石墨烯的方法。其实验步骤是：将金属基板（如铜、镍等）浸入含有还原剂和石墨粉的电解液中，通过电解反应在基板表面形成一层石墨烯。该方法制备的石墨烯具有高度的结晶化程度、高比表面积和良好的电导性能。
二、碳纳米材料在磷酸钙骨水泥中的应用
磷酸钙骨水泥（calciumphosphatecement，CPC）是一种生物可降解的无机-有机复合骨修复材料，近年来得到了广泛的关注。CPC的主要成分为磷酸三钙（TCP）和/或羟基磷灰石（HA），其生物降解率可调，与骨组织相容性良好，能够被生物体代谢吸收，最终转化为生物组织。碳纳米材料可以被添加到CPC中，以提高其力学性能、生物活性和可降解性。
1.提高CPC的力学性能
碳纳米管的添加可以显著提高CPC的力学性能，如抗压强度、抗弯强度等。研究表明，当碳纳米管的体积分数为2%时，CPC的抗压强度提高了约50%，而抗弯强度则提高了约100%。这是由于碳纳米管具有高度的力学性能，当它们与CPC基质结合时，能够增强了材料的强度和韧性。
2.提高CPC的生物活性
CPC的生物活性是指其与人体接触后所引发的生物反应能力。碳纳米管的添加可以促进CPC的生物活性，如促进细胞增殖、骨再生等。研究表明，碳纳米管的加入能够促进成骨细胞的活性，并且能够更好地结合成骨细胞，从而促进骨组织再生。
3.提高CPC的可降解性
CPC的可降解性是指其在生物体内被降解为生物体组织的速率和程度。碳纳米管的添加可以调节CPC的可降解性，从而改善其生物学性能。研究表明，碳纳米管的加入可以明显提高CPC的可降解性，使其更好地与骨组织融合。
三、总结
作为新兴的生物材料，磷酸钙骨水泥发展迅速，碳纳米材料作为一种优秀的材料也受到了广泛关注。碳纳米材料的制备及其在磷酸钙骨水泥中的应用有着广阔的前景，未来的发展将会更加瞩目。