羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2,HA)是人体骨骼组织的主要无机组成成分,具有良好的生物相容性和骨传导能力,在硬组织的替代和填充方面获得了广泛的应用。骨矿物中HA主要以纳米尺寸的形式存在,相比常规的HA,它具有更好的生物相容性。骨具有压电效应,采用具有压电特性的物相成分进行骨移植,有利于诱导骨质的生长,BaTiO3(BT)陶瓷因具有优良的生物相容性和压电特性可作为压电活性组分使用。因此,BT/HA的纳米复合成为研究热点之一。目前,HA和BT的复合主要集中在粉体机械压制或涂层成型,然而这两种方法得到两相组分的复合只是混合或者镀膜,很难可控合成形貌不同的复合材料。大量的研究发现纳米材料的性能取决于其结构特点,如材料的形貌、尺寸和结构稳定性等。因此控制合成形貌、尺寸统一且结构稳定的纳米材料在一定程度上影响材料的各项性能,而BT/HA纳米复合材料的结构特点对电学、力学和生物性能的影响研究较少。基于此,本论文采用水热法成功的合成出不同组织形貌的BT/HA纳米复合材料结构单元:片状、棒状和球状等系列结构单元。完成了不同结构的形貌表征,测试对比了不同复合材料烧结之后陶瓷块体的电学、力学和生物学性能。同时利用第一性原理计算,揭示出棒状复合材料的形成过程,并对不同结构的形成过程及机理进行了探讨。主要研究工作如下:(1)以钡盐(BaCl2)、钛盐(钛酸四丁酯(C16H36O4Ti))、钙盐(CaCl2)以及磷盐(NH4)2HPO4)为原料,将HA和BT的前驱体溶液直接混合后在180℃水热反应12 h,得到35 nm左右的HA和Ca3(PO4)2纳米颗粒生长在BT片层状结构上的复合材料;系统的研究了BT与HA前驱物的比例、反应的温度和时间对产物的影响。结果表明,产物中始终存在着Ca3(PO4)2。很难得到单一的BT/HA片状纳米复合材料。(2)通过将HA纳米颗粒分散在无水乙醇中与BT前驱体溶液在160℃下水热反应12 h,得到长度约150 nm,直径为10～30 mn的棒状四方相BT四周附着直径约30 nm的HA纳米颗粒共混状态的复合材料。系统的研究了溶剂变化对反应产物形貌和尺寸的影响,并根据第一性原理计算,揭示了溶剂分子之间形成醇水弱配物,会吸附在BT晶体生长基元的四周,迫使BT晶体沿C轴方向生长,得到棒状结构。通过研究不同溶剂体系(ET/H2O、H2O、DMF(二甲基甲酰胺)/H2O和EG(乙二醇)/H2O)所得复合材料烧结后陶瓷块体的扫描电镜和性能,结果表明,ET/H2O体系所得的陶瓷块体的压电系数(d33值为6.88pC/N)、抗压强度(69.30 MPa)和细胞增值率(125.4%)均高于其他溶剂体系。(3)通过引入金属离子螯合剂EDTANa4(乙二胺四乙酸四钠)的来调控产物的结构,在160℃下水热反应12h,合成了30nm左右的HA纳米颗粒包覆在平均约为0.15μm的BT微球表面的纳米复合材料。采用扫描电镜研究了复合材料烧结后的陶瓷块体形貌。结果表明,BT微球表面被HA纳米颗粒覆盖的形貌仍然保留在块体中,HA纳米颗粒屏蔽了电活性的BT微球,从而导致材料的压电性能(d33值约为0.1 pC/N)大幅下降。而抗压强度(平均为30 MPa)和细胞增值率(127.1%)随组分变化基本保持不变。(4)通过控制HA前驱体溶液的反应温度在120℃水热反应12 h成功制备出单晶六方相HA纳米棒,之后将HA纳米棒分散在BT前驱体溶液中,在160℃水热反应12h合成出20nm的BT纳米颗粒生长在平均直径约80 nm,平均长度约0.5 μm的HA纳米棒上的纳米复合材料。研究了烧结后的陶瓷块体性能,得出压电系数d33值为1.54 pC/N,抗压强度为12.58 MPa,细胞增值率为130%。分别对HA晶体结构、表面活性剂CTAB、BT晶体结构以及金属离子螯合剂C6H807的分子结构进行第一性原理计算。结果表明,CTAB钝化了HA的(100)晶面,使其沿着[001]轴向单向生长,晶体各向异性生长得到了棒状HA。而C6H8O7分子则吸附在BT晶体表面相邻的0原子上,使晶体各向同性生长并获得纳米颗粒。