作为硬组织功能替代物的植入物材料（如钛合金）植入人体后在表面形成骨磷灰石,但相应的形核和长大机制并不十分清楚。研究表明,在模拟体液中沉积羟基磷灰石的形成主要由Ca²⁺的沉积引发,已沉积的Ca²⁺与溶液中的PO₄（3-）基团结合,形成无定型组织,最终形成羟基磷灰石。骨磷灰石与羟基磷灰石结构相似,其形核和生长过程类似于羟基磷灰石。由于植入钛合金表面通常形成TiO₂钝化层,实质上Ca²⁺的沉积是在TiO₂表面发生。因此,研究Ca²⁺在TiO₂表面的沉积对探索羟基磷灰石和骨磷灰石在钛合金表面的形核、生长机制意义重大。本文首先利用实验方法在钛合金表面制备出金红石型TiO₂,通过GXRD实验确定金红石型TiO₂的择优取向晶面为（110）晶面。随后,采用第一性原理对金红石型TiO₂的各个晶面进行了晶面能的计算。计算结果表明（110）晶面为最低能量面。由此,本文认为（110）晶面为钙离子的优先沉积晶面。在上述工作的基础上,基于密度泛函理论（DFT）框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,本文研究采用CASTEP程序,结合结构优化方法,研究了溶液中Ca²⁺在金红石型TiO₂（110）晶面的沉积过程,给出了Ca²⁺在此晶面的沉积方式和路径。结果表明:（1）Ca²⁺在羟基化TiO₂（110）晶面发生沉积,TiO₂（110）晶面是最低自由能晶面,羟基化条件是形成钙离子沉积的关键条件。（2）Ca²⁺在羟基化TiO₂（110）晶面沉积过程中,Ca²⁺首先与溶液中的H2O分子结合,形成了[Ca（H2O）5]2+,计算证明了[Ca（H2O）5]2+在溶液中能够稳定存在。（3）Ca²⁺在羟基化TiO₂（110）晶面沉积在热力学上无法自发进行,沉积驱动力是[Ca（H2O）5]2+与羟基化TiO₂（110）晶面的静电引力。沉积过程中,随着[Ca（H2O）5]2+与羟基化TiO（2110）晶面的逐渐接近,H2O分子不断脱离[Ca（H2O）5]2+中的Ca²⁺进入溶液,[Ca（H2O）5]2+中的Ca²⁺分别与羟基化TiO₂（110）晶面上桥羟基（BH）和终端羟基（TH）中的O结合,最终[Ca（H2O）5]2+在TiO₂（110）晶面上沉积。