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图 8-19 含13.0 wt.％铜纳米粒子的Cu/LDPE纳米复合物的EDS图
图 8-20 含13.0 wt.％铜纳米粒子的Cu/LDPE纳米复合物的SEM-EDS Cu图像
图 8-21 纯LDPE挤出试样的刻蚀面结晶形貌
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图 8-22 含13.0 wt.％铜纳米粒子的Cu/LDPE纳米复合物挤出试样刻蚀面结晶形貌
由图8-18、8-19、8-20可以看出，铜纳米粒子在纳米复合物中聚集，并呈均匀分布。由图8-21、8-22可以看出，纳米复合物和纯LDPE两者虽然都具有相同的定向结晶方向，并且都未观察到球晶结构，但它们的结晶形态具有很大的差别。其差异表现在：纯LDPE挤出试样具有相互分开的、竹节状结晶，而Cu/LDPE纳米复合材料挤出试样则具有很长的、交织缠绕的棒晶结构。这说明nano-Cu颗粒加入后，由不同原始晶核生长起来的不同晶体的界面强烈地连接和交叠在一起而导致缠绕生长。此现象表明加入的nano-Cu颗粒可以作为Cu/LDPE纳米复合材料基体结晶的晶核，而显著增强复合材料基体结晶的形核率。
按表8-20组分配制模拟宫腔液，将样品置于37℃的模拟宫腔液中，测试铜离子累积释放量和释放速率，结果分别见图8-23、8-24。
表 8-20 模拟宫腔液组分（g·L1）
－
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人血清白NaCl KCl CaCl2 NaHCO3 葡萄糖 NaH2PO4·2H2O pH值 蛋白 0.5 6.3 4.970 0.224 0.167 0.250 0.50 0.072 34
图 8-23 浸泡第190天时复合材料中铜纳米粒子的质量分数与铜离子释放量之间的关系
[61]
由图8-23可见，随铜纳米颗粒质量分数的增加，铜离子释放量随之增加。当铜纳米颗粒质量分数在30％以下时，铜离子的释放量增加缓慢；而在30％至35％时，铜离子释放量突然增加。系在此质量分数区间内存在一个临界值，当铜纳米颗粒质量分数达到该临界值时，铜纳米颗粒在复合材料中连接而形成一个连续的网络通道。图8-24进一步证实，随铜纳米颗粒质量分数的进一步增加，这种网络通道的密度减少，参加反应的铜纳米颗粒的数量和铜离子扩散的通道数量随之增加。
图8-24 体积电阻率的对数随Cu/LDPE复合材料中铜纳米颗粒的质量分数的变化
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以上方法制备的纳米铜宫内节育器具有如下优点： （1）金属离子可控制释放
设在单位体积的复合材料中，有N颗纳米金属粒子，纳米金属粒子为球形，其平均直径为d，则纳米粒子在复合材料中的体积分数fm可用下式表示：
fm??d3N6 （1）
设单位体积的复合材料中金属离子的最大释放浓度Cs与fm成正比，即Cs＝K·fm，则金属离子的释放将遵循“溶出控释规律”，其瞬时释放速度（瞬时释放浓度为C）可用下式表示：
dC?KDV(Cs?C) （2） dt
式中KD为金属离子的释放速度常数，它与金属纳米粒子的粒径、表面状态和聚合物基体的类型、结晶度等因素密切相关；V为复合材料的体积。按“溶出控释规律”释放金属离子可以避免爆释现象[67]。
（2）避免金属铜与子宫内膜直接接触
无论是聚合物基纳米非金属复合材料，还是聚合物基纳米金属复合材料，它们一般都是由聚合物基体与纳米非金属颗粒或纳米金属颗粒组成的一种简单混合物，纳米非金属颗粒或纳米金属颗粒较均匀地分布在聚合物基体中，复合材料的外表面绝大部分是由聚合物基体所构成的连续相[64]。因此由聚合物基纳米金属铜复合材料制备的含铜IUD，在置入人体后，它与子宫内膜接触的是聚合物基体而不是金属铜，从而解决了现有含铜IUD存在的金属铜与子宫内膜直接接触的问题。
（3）提高金属铜的有效利用率
纳米颗粒和由它构成的纳米固体具有小尺寸效应和表面与界面效应，利用纳米金属铜/聚合物基复合材料来制作IUD，其中的铜纳米颗粒在宫腔液中除产生具有避孕作用的可溶Cu2＋外，由于纳米金属铜颗粒的尺寸效应，它的主要腐蚀产物Cu2O也必然处于纳米尺度，因其具有巨大的表面积所产生额外的表面能，使Cu2O处于非常不稳定的状态，反应
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