金屬-聚合物復合材料的腐蝕行為和金屬離子擴散動力學研究.pdf

1、宮內節(jié)育器(Intrauterine Device，IUD)是一種安全、有效、經濟、可逆、簡便的避孕工具，也是全球使用最廣泛的方法之一。IUD分為惰性和活性兩大類。惰性IUD 由于其避孕效果差而已經被活性IUD 完全取代。活性IUD 主要有兩種類型：載銅IUD(Cu-IUD)和藥物緩釋IUD。Cu-IUD中銅的避孕效果好，因而成為當今研究最多，使用最廣的IUD。
　　 銅/聚乙烯復合材料就是一種新型載銅IUD材料，因其具有多種優(yōu)

2、點而成為目前IUD研究的熱點，作為一種金屬/聚合物復合材料，這種新型IUD材料在實際應用之前需要對其在人體中的腐蝕問題進行系統(tǒng)研究。目前關于金屬/聚合物復合材料的腐蝕研究中，高電阻、分散型復合材料的腐蝕研究較少。
　　 文章通過測試復合材料的體積電阻率和介電常數(shù)，發(fā)現(xiàn)微米銅/聚乙烯復合材料存在一個的電阻率突然降低區(qū)域，其滲流閾值大概為50wt.[％]銅含量。在滲流閾值前后，微米復合材料體積電阻率不隨銅含量的變化而變化。納米復合材

3、料電阻率沒有明顯的突變區(qū)域，其體積電阻率隨著納米銅含量的增加而逐漸減小。兩種復合材料的介電常數(shù)都是隨著銅含量的增加而上升，但是微米復合材料的介電常數(shù)在滲流閾值附近有一個階躍。
　　 對于不同銅含量的微米銅/聚乙烯復合材料，其浸泡于模擬宮腔液中的腐蝕行為與銅含量密切相關。在腐蝕穩(wěn)定期，高銅含量微米復合材料的腐蝕速率大大高于低含量復合材料。當復合材料中微米銅的含量超過滲流閾值時，復合材料逐漸出現(xiàn)較明顯的鈍化現(xiàn)象，表面會出現(xiàn)大量成片狀

4、沉積物。納米復合材料在浸泡初期的腐蝕速率變化較大，在浸泡5天后，腐蝕速率迅速趨于穩(wěn)定。與純銅電極相比，復合材料電極在模擬宮腔液中的腐蝕速率更加穩(wěn)定，暴釋現(xiàn)象和鈍化現(xiàn)象都不如前者明顯。經過一段時間浸泡后，純銅電極表面會覆蓋大量沉積物，復合材料尤其是納米復合材料表面更為清潔。
　　 純銅電極和兩種復合材料在模擬宮腔液中都具有相似的腐蝕機理，都是分兩步氧化反應，且中間產物都以Cu2O為主。對于微米復合材料，銅含量對其腐蝕機理有著一定的

5、影響。當微米銅含量低于滲流閾值時，復合材料在腐蝕過程中只有一步還原反應，而當微米銅含量高于滲流閾值時，復合材料腐蝕過程有兩步還原反應。納米復合材料的銅含量對腐蝕機理沒有影響。
　　 復合材料的銅離子轉化率遠遠高于純銅，而且納米復合材料的轉化率接近于100[％]。銅含量對微米復合材料的轉化率影響較大，尤其是當銅含量超過滲流閾值時，銅離子轉化率明顯降低。而銅含量對納米復合材料的轉化率影響不顯著。在浸泡初期，純銅電極和微米復合材料電極

6、的銅離子轉化率都有一個明顯的上升過程，納米復合材料在浸泡過程中始終保持很高的銅離子轉化率。
　　 復合材料的重量和電容都是隨著浸泡時間的延長呈現(xiàn)上升的趨勢，而且最終都趨于穩(wěn)定飽和。浸泡初期，溶液在復合材料內部的擴散都符合Fick第二定律。銅離子在純銅電極表面層的擴散系數(shù)遠遠高于其在復合材料內部的擴散系數(shù)。銅離子在復合材料內部的擴散系數(shù)的數(shù)量級在10-9cm2s-1左右。腐蝕穩(wěn)定后，銅離子主要通過貫通復合材料內部的溶液路徑向外擴散