磷灰石生物陶瓷密度泛函理论计算

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1、■lt}佳木斯大学硕士学位论文摘要羟基磷灰石是重要的生物医学材料，因为它的化学组成和生物活性与骨组织相似。人们对羟基磷灰石和其它的磷灰石比如氟磷灰石(FA)、硅代位羟基磷灰E(SIHA)等已经进行了大量的实验研究，发现羟基磷灰石晶体点阵中硅代位增加了它的生物活性。但是这些磷灰石的晶体结构和生物活性机制还没有破很好的理解。最近发展的密度泛函理论已经成功地用于研究羟基磷灰石和其它磷灰石的结构和性能。但对于氟磷灰石(FA)和各种代位羟基磷灰石结构和性能的研究还很少。本文用密度泛函理论，对羟基磷灰石和代位羟基磷灰石等磷灰石生物陶瓷的结构和性质进行了计算和研究。密度泛函理论计算表明，羟基

2、磷狄石(HA)的结构属六方晶系、P63空l’日J群晶体结构，点阵参数为a--9．302A、b=9303A、c---6．770A。单胞总能量为一22549．7eV。在硅代位羟基磷灰石(SiHA)00，Si代替HA中一个磷位置形成的硅代位羟基磷灰石，分子式为Calo(P04)5(Si04)(OH)，空间群为P1，单胞总能量高于HA，具有较高的生物活性。在镁代位羟基磷灰石(MgHA)q】，镁原予代替Ca(II)位置形成的MgHA为相对稳定结构，分子式为M94Ca6(P04)6(ov02，空间群为P63，总能量高于羟基磷灰石，具有较高的生物活性。在氟磷灰石(FA)中，氟离子代替羟基磷灰

3、石中氢氧根离子，分子式为Calo(P04)6F2，优化后结构为P63／m空间群，总能量低于HA，氟磷灰石具有较低的生物活性。为了研究代位对电子结构的影响，进行了部分电子态密度分析。结果表明氟离子的代位对系统的态密度影响很小，而在硅代位的磷灰石和镁代位的磷灰石中都不同程度的发生了轨道杂化现象。关键词：密度泛函理论，羟基磷灰石，代位羟基磷灰石佳木斯大学硕士学位论文ADensityFunctionalTheoryCalculationofApatiteBioceramicsAbstractHydroxyapatge(HA)isallimportantbiome&ealmaterial

4、becauseofitschemicalsimilaritytothemineralcontentofboneanditsconsequentbloactivity．Hydroxyapatgeandotherapatites，suchasfluoroapatate口A)andsthennsubstitutedhydroxyapatge(SxHA)，havebeenextenswelystudiedinexperiments．SiliconsubstitutionintothehydroxyapautecrystallatuceWasfoundtoenhanceitsbioact

5、ivityHowever,thecrystalstructuresandbioactiwtymeehamsmsfortheseapatltesaresullnotwellunderstood．Recentlythedensityfunctionaltheory(DFT)ISwellestabhshedandhasbeensuccessfullyapphedtothestudyofstB／ctureandpropertiesofhydroxyapauteandotherapatltes，butinvestigationonthestructuresandpropertiesoff

6、luoroapauteandsubstitutedhydroxyapatltesISstillscarce．Inthisdissertation,thestructuresandpropeniesofapatltebiocerammsincludmgthehydroxyapatiteandsubstitutedhydroxyapatitesarecalculatedandstudiedusingthedensityfunctionaltheory．ResultsofDFTcalculationsshowthatthestructureofhydroxyapatate(HA)be

7、longstoahexagonalcrystalsysteminP63spacegroup,itslatticeparametersarea=9302A,b=9303丸e--6．770A,thetotalenergyofsinglecellis-22549．7eVInsdienn-substitutedhydroxyapatlte(SlHA)，thestructurewinchsubstitutedPsltuataonbyoneSiatomismoresteadyandchangestoPI