Ti-Ta-O复合薄膜的制备及抗腐蚀性

采用离子束增强沉积法在NiTi基体上合成了具有不同组分比的Ti-Ta-O薄膜。研究了组分比对薄膜的相结构、力学性能和抗模拟体液腐蚀性的影响。SEM,AFM和XRD分析表明,所有薄膜均由纳米粒子堆积而成,膜层连续光滑,纯Ti-O膜为金红石结构,而Ti-Ta-O膜为非晶态,划痕实验、显微硬度分析和电化学测试研究表明,加入Ta后,膜与基体间的结合强度、韧性和抗腐蚀性增强,显微硬度下降。Ta含量为36%(原子分数）的膜使NiTi的抗蚀性显著提高。     

不同晶体结构氧化钛薄膜性能研究

用非平衡磁控溅射技术分别制备了锐钛矿、金红石、锐钛矿和金红石共存结构的氧化钛薄膜.用X射线衍射(XRD)分析薄膜的晶体结构,血小板粘附和凝血因子实验研究薄膜的血液相容性,分光光度计和接触角测量法测试薄膜表面物化性质.研究表明,氧化钛薄膜具有宽禁带的半导体特性,血液相容性优于热解碳.金红石结构氧化钛薄膜由于其与血浆白蛋白、血浆纤维蛋白原、血液及水之间有较小的界面张力,自身较低的表面能色散分量与极性分量的比值,加之其宽禁带宽度的n型半导体特性使其具有最优的血液相容性.     

金属电阻率Cu/Cu_2O半导体弥散复合薄膜的制备及其偏压效应

采用平衡直流磁控溅射技术,通过改变衬底偏压在玻璃衬底上制备了Cu/Cu_2O弥散复合薄膜,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、四探针测试仪和紫外-可见分光光度计等进行表征与分析。研究发现,Cu/Cu_2O弥散复合薄膜表现出金属和半导体双特性,其电阻率范围为(5.23~9.98)×10-5Ω·cm,禁带宽度范围为2.23~2.47eV。同时,研究还发现衬底偏压对Cu/Cu_2O弥散复合薄膜的形貌、结构、电学和光学性能都产生了较大的影响,特别是当衬底偏压为-100V时薄膜样品的表面最为致密,结晶程度最好,电阻率最低,禁带宽度最窄。进一步地,对平衡磁控溅射过程的偏压效应进行了分析,并提出了两种区别于传统轰击和再溅射作用的新机制。     

硫化时间对于固态硫化CuInS_2薄膜性能影响

采用中频交流磁控溅射方法,在玻璃基底上沉积Cu-In预制膜,采用固态硫化法制备获得了CuInS2(CIS)吸收层薄膜。考察了硫化时间对于CIS薄膜结构、形貌以及禁带宽度影响。通过XRD分析了薄膜结构,通过SEM以及XRF分析薄膜表面形貌以及薄膜成分,通过近红外透过曲线得出薄膜禁带宽度。结果表明,在400℃硫化10,15,20,25,30 min下均能制得单一黄铜矿相CIS薄膜,并且具有(112)面择优取向。以上各硫化时间下,均能形成均匀且晶粒大小为1μm的CIS薄膜,薄膜禁带宽度约为1.10~1.22 eV之间。     

氧分压对BiFeO_3薄膜能带结构和折射率的影响及其光学表征

采用射频磁控溅射在玻璃衬底上制备了BiFeO3薄膜,通过透射光谱和椭圆光谱研究了氧分压对BiFeO3薄膜能带结构及光学性能的影响。结果表明,BiFeO3薄膜在近红外区具有良好的透射性,透射率均在80%以上,其禁带宽度Eg=(2.79±0.03)eV。随着氧分压的增大,BiFeO3薄膜中氧缺陷及氧缺陷能级减少,导致透射率和禁带宽度均增大。同时发现,OJL色散模型与Cauchy色散模型的叠合能够对BiFeO3薄膜的椭圆光谱进行很好的描述。     

TiO2薄膜的溶胶-凝胶法制备及其光学特性

采用溶胶-凝胶法在普通载玻片上制备了均匀透明的纳米TiO2薄膜，X射线衍射结果表明薄膜晶粒大小为23．0nm，呈锐钛矿型。通过测量薄膜的紫外可见光透射率和吸光度光谱，对其光学特性和吸收边缘进行了研究，同时计算了薄膜的光学禁带宽度。实验结果表明：随薄膜层数的减少，光吸收带边缘发生了蓝移，光学禁带宽度随之变大，此现象可用量子尺寸效应来解释。     

掺杂对氧化钛薄膜光学性能的影响

采用电子束蒸发法制备掺杂铈的TiO2薄膜,研究掺杂铈对TiO2薄膜的折射率、透射率和禁带宽度的影响.实验发现适量掺杂CeO2会提高薄膜的折射率;并使氧化钛薄膜的禁带宽度Eg从3.27eV减小到2.51eV,从而使光本征吸收边从380nm红移到495nm,大大提高了对太阳光的利用能力.     

反应磁控溅射法制备氧化铟锡钽薄膜

利用掺锡氧化铟(ITO)靶和Ta2O5靶双靶共溅法制备了氧化铟锡钽(ITTO)薄膜,研究了在不同衬底温度和退火温度下ITTO薄膜的微结构和光电性能。ITTO薄膜具有更好的晶化程度和较低的表面粗糙度,不同的处理过程导致了晶面择优取向的转变。室温下制备的ITTO薄膜展示了较好的光电性能,提高衬底温度和合理的退火处理可以显著地提高薄膜的光电特性。载流子浓度对于近红外反射、近紫外吸收和光学禁带宽度具有重要的影响。ITTO薄膜具有较宽的光学禁带宽度。在优化制备条件下,可以获得方阻10～20Ω/□、可见光透过率大于85%以及光学禁带宽度大于4.0eV的ITTO薄膜。     

热处理对溶胶-凝胶TiO2薄膜的晶相转变和性能影响

以钛酸丁酯（TPOT）为有机醇盐前驱体，采用溶胶－凝胶技术制备了TiO2溶胶。为测量方便起见，分别制备了凝胶粉体和薄膜，并对样品进行了不同温度的热处理。X射线衍射（XRD）、椭偏仪和紫外－可见光谱（UV－vis)的测量表明：随热处理温度的升高，TiO2的结构由非晶到锐钛矿再到金红石相转变，400℃为锐钛矿相，600℃开始出现金红石相，800℃完全转变为金红石相；晶粒尺寸随热处理温度的升高而逐渐增大，锐钛矿结构的晶粒尺寸范围是2.5-5.5nm，金红石结构的晶粒尺寸范围是5.9-6.8nm；TiO2薄膜的折射率随热处理温度的升高而增大，同时薄膜厚度降低；禁带宽度随热处理温度的升高而增大，同时薄膜厚度降低；禁带宽度随热处理温度升高而变窄，锐钛矿结构的禁带宽度为3.45eV，而金红石结构的禁带宽度为3.30eV。     

带隙可调的宽禁带半导体MgxZn1-xO薄膜研究进展

MgxZn1-xO薄膜是一种新型宽禁带半导体薄膜,在兼顾ZnO、MgO材料性能的同时,具有带隙连续可调的特点,近年来逐渐成为半导体光电功能材料与器件的研究热点之一。本文从MgxZn1-xO薄膜的基本特性、制备方法、应用研究等方面进行了分析和评述,并对其应用前景进行了展望。     

Ag的掺入对MTa2O5多层复合涂层的微观结构、 耐蚀性和抗菌性能的影响

采用磁控溅射技术在Ti6Al4V合金表面制备了含Ag和不含Ag的Ta_2O_5/Ta_2O_5/Ta_2O_5-TiO_2/TiO_2/Ti多层复合涂层(分别用Ag-MTa_2O_5和MTa_2O_5表示),通过SEM、XRD、EDS、纳米压痕仪、电化学工作站和平板计数法,对涂层试样进行表征与检测。研究结果表明,Ag的掺杂对MTa_2O_5多层涂层的结构和性能有重要影响。与MTa_2O_5涂层相比,Ag-MTa_2O_5涂层表面的晶粒变粗、致密度降低、机械性能和耐腐蚀性能略有下降;但Ag-MTa_2O_5涂层的抗菌率为100%,显示出优异的抗菌性能。     

Ti6Al4V钛合金表面Ta2O5/Ta2O5-Ti/Ti多涂层的制备与性能研究

采用磁控溅射技术在Ti6Al4V钛合金表面制备了Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层;利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪 (XPS),分析了涂层的微观结构、物性组成和化学价态;通过划痕仪、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站,检测了涂层的结合强度、力学性能、摩擦系数和耐腐蚀性。研究结果表明,Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层表面由峰型颗粒组成,粒径大小均匀,涂层结构致密。与Ti6Al4V相比,Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层试样具有较小的摩擦系数,较高的腐蚀电位和较小的腐蚀电流密度,表现出良好的耐磨和耐腐蚀性能,能对Ti6Al4V合金植入材料起到较好的保护作用。     

钛基上含钽涂层的热分解法制备

以金属钽层作为钛阳极的中间层可提高阳极的使用寿命,而热分解法制备涂层操作方便、工艺简单且成本低.考察了五氯化钽正丁醇溶液在氮气(≥99.99%)中的热分解过程,并以五氯化钽正丁醇溶液为先驱体,在氩气(≥99.99%)中采用涂覆烧结的热分解法在钛基体上制备了含钽涂层,考察了热分解温度、涂覆次数对涂层表面形貌、相结构和结合...     

Ti–25Ta alloy with the best mechanical compatibility in Ti–Ta alloys for biomedical applications

The microstructures, dynamic elastic modulus, and mechanical properties of the Ti–25Ta (mass%) alloy are investigated in this study in order to assess its mechanical compatibility for biomedical applications. The microstructures are examined by X-ray diffraction (XRD) analysis, scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The dynamic elastic modulus is measured by the resonance vibration method and the mechanical properties are determined from uniaxial tensile tests. The experimental results indicate that the Ti–25Ta alloy exhibits an orthorhombic martensite (α″) twinned structure after solution treatment. The Ti–25Ta alloy has the lowest elastic modulus and the highest ratio of strength to modulus among Ti–Ta alloys. Thus, the Ti–25Ta alloy exhibits the best mechanical compatibility among Ti–Ta alloys and is a promising candidate for novel metallic biomaterials.     

有色金属电积用钛基氧化物涂层阳极的研究进展

综述了国内外钛基氧化物涂层阳极的研究进展及应用,包括有色金属电积用钛基贱金属氧化物涂层和贵金属氧化物涂层,其中,钛基贱金属氧化物涂层详细阐述了钛基Pb系氧化物涂层、钛基Co系氧化物涂层、钛基Mn系氧化物涂层以及钛基Sn系氧化物涂层电极;钛基贵金属氧化物涂层重点阐述了Ti/Ta_2O_5-IrO_2涂层和Ti/Ru O_2-TiO_2涂层电极。评述了多元化钛基涂层的性能、各种涂层的优势与不足。     

Comparison of Tantalum and Hydroxyapatite Coatings on Titanium for Applications in Load Bearing Implants

Over the years hydroxyapatite (HA) coatings have been used to improve biologic properties of Ti‐based load bearing metal implants. However, applicability of HA coated implants is subjected to physical stability of the HA phase and mechanical integrity of the coating‐substrate interface. In this study, we have compared the microstructure and in vitro cell–materials interactions of newly developed laser deposited Ta coatings and radio frequency (RF) induction plasma sprayed HA coatings on Ti substrate. In vitro biocompatibility study, using human osteoblast cell line hFOB, showed equally excellent cellular adherence and growth on Ta and HA coatings. Quantitative assay of cell survivability on these coatings showed that the Ta coatings provide comparable initial cell attachment to that of HA coatings. Microstructural analysis of the coatings showed strong metallurgical bonding without sharp interface between the Ta coating and the Ti substrate, while the interface between HA coating and the Ti substrate was sharp. The interface microstructural features and in vitro cell–materials interactions of Ta coatings on Ti clearly demonstrate their potential to replace HA based coatings for enhanced/early biologic fixation. Other significant benefits of these dense Ta coatings include high toughness, strong bonding with the substrate, and long‐term stability of the interface.     

掺杂氧化钛薄膜的制备与血液相容性研究

本文利用磁控溅射技术制备了Ta5+掺杂的TiO2 薄膜 ,并采用动态凝血时间、血小板粘附及血小板变形等方法进行了薄膜材料的血液相容性测试。结果表明 ,Ta5+掺杂的TiO2 薄膜具有良好的血液相容性 ,且在一定的掺杂量条件下具有最佳值。     

真空热处理对NiCoCrAlTaY涂层／Ti62421S钛合金界面组织结构及元素扩散行为的影响

采用电弧离子镀（AII））技术在Ti62421s钛合金基体表面沉积NiCoCrAlTaY涂层。通过XRD、SEM与EDS能谱分析研究了不同真空热处理制度下NiCoCrAlTaY涂层／Ti62421s基体界面显微组织的变化和元素扩散行为。结果表明：沉积态的涂层主要由Cr2Ni3相、Al4Ni15Ta相和NiCoCr相组成。从750℃开始,NCoCrAlTaY涂层和钛合金基体有明显的界面反应,850℃真空热处理后界面出现明显的分层,析出Ni3（A1,Ti）、Ti（Ni,Co）和Ti2（Ni,Co）相;随着温度的升高,界面分层并加厚,同时出现kirkendall空位带,导致涂层退化。经950℃退火后涂层剥落,只有TiCr4相。650℃／3h、750℃／3h真空热处理过程中,涂层／基体界面发生Ni、Co、Ti元素互扩散,涂层中Ta和cr元素基本未向基体扩散。     

溶胶-凝胶法制备TiO2与SiO2-TiO2薄膜对医用NiTi合金的表面改性

采用溶胶－凝胶法制备TiO2与SiO2-TiO2薄膜，对医用NiTi合金进行表面改性处理，利用X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）、划痕试验和电化学腐蚀试验等手段系统研究了薄膜结构、形态及性能。通过动态凝血时间和血小板粘附的测量研究和评价了薄膜的体外血液相容性。结果表明，在一定范围内，较高热处理温度有利于薄膜与基体间的结合强度和耐腐蚀性的提高；NiTi合金表面镀TiO2与SiO2-TiO2薄膜后，其血液相容性明显提高。     

Tantalum coating on porous Ti6Al4V scaffold using chemical vapor deposition and preliminary biological evaluation

Porous tantalum (Ta), produced via chemical vapor deposition (CVD) of commercially pure Ta onto a vitreous carbon, is currently available for use in orthopedic applications. However, the relatively high manufacturing cost and the incapability to produce customized implant using medical image data have limited its application to gain widespread acceptance. In this study, Ta film was deposited on porous Ti6Al4V scaffolds using CVD technique. Digital microscopy and scanning electron microscopy indicated that the Ta coating evenly covered the entire scaffold structure. X-ray diffraction analysis showed that the coating consisted of α and β phases of Ta. Goat mesenchymal stem cells were seeded and cultured on the Ti6Al4V scaffolds with and without coating. The tetrazolium-based colorimetric assay exhibited better cell adhesion and proliferation on Ta-coated scaffolds compared with uncoated scaffolds. The porous scaffolds were subsequently implanted in goats for 12 weeks. Histological analysis revealed similar bone formation around the periphery of the coated and uncoated implants, but bone ingrowth is better within the Ta-coated scaffolds. To demonstrate the ability of producing custom implant for clinical applications via this technology, we designed and fabricated a porous Ti6Al4V scaffold with segmental mandibular shape derived from patient computerized tomography data.