溅射方法和基体材料对氧化钛薄膜微观结构的影响

目的研究不同溅射方法和基体材料对沉积氧化钛薄膜的晶体结构、化学价态、表面形貌的影响。方法采用高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)和直流磁控溅射(DCMS)在316L不锈钢和硅片表面制备了氧化钛薄膜。采用等离子光发射谱检测了沉积薄膜时的等离子体特征。采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM),分别评价氧化钛薄膜的晶体结构、化学价态、晶粒尺寸和表面粗糙度。结果等离子体特征显示,沉积氧化钛薄膜时,HPPMS比DCMS具有更高的离化率和等离子体密度。XRD结果显示,在相同的平均溅射功率下,采用HPPMS和DCMS方法,均在不锈钢表面制备出纯金红石结构的氧化钛薄膜,而在硅片表面得到的氧化钛薄膜为金红石、锐钛矿混合结构,且采用HPPMS比DCMS技术制备的氧化钛薄膜含有更高的金红石含量。XPS结果显示,两种方法在所有基体表面均制备出了含有氧缺位的氧化钛薄膜。采用HPPMS和DCMS制备氧化钛薄膜时,不锈钢基体沉积的薄膜中,Ti3+/Ti4+比值均高于Si基体上的薄膜。SEM和硬度测试结果显示,HPPMS制备的氧化钛薄膜为等轴晶,晶粒较小,硬度较高。DCMS制备的氧化钛薄膜具有柱状晶的结构,晶粒较大。AFM的结果显示,采用不同溅射方法制备的氧化钛薄膜表面粗糙度没有明显差别。结论不同溅射方法和基体材料导致了薄膜沉积时样品表面离子轰击能量的差异,因此影响了氧化钛薄膜的晶体结构、化学价态和晶粒尺寸。     

Characterization of Ti-Cu Films Deposited by HPPMS and Effect on NO Catalytic Release and Platelet Adhesion Behavior

Ti-Cu films with different Cu concentrations were fabricated by high-power pulsed magnetron sputtering(HPPMS) to release copper ions and catalyze NO to improve the blood compatibility. The Cu concentrations of films were 25.7 at% and 68.8 at%. Pure Ti films were also fabricated. Copper release, catalytic release of nitric oxide(NO), and blood platelet adhesion of Ti-Cu films were studied. Ti-Cu films released copper ions in PBS solution and more Cu ions were released from films with 68.8 at% Cu. Ti-Cu films had excellent ability of catalytical decomposition of exogenous donor S-nitroso-N-acetyl-DL-penicillamine(SNAP) and as a result, nitric oxide(NO) was generated. The NO generation catalyzed by Ti-Cu films was significantly higher than that by pure Ti films. This was more eminent in the Ti-Cu films with 68.8 at% Cu. The platelet adhesion and activation of Ti-Cu films were significantly inhibited compared to that of pure Ti films in the presence of SNAP. The Ti-Cu film fabricated by HPPMS showed the ability of releasing Cu ions to catalyze SNAP to generate NO to inhibit platelet adhesion and activation.     

氧化钛薄膜表面等离子体处理引发官能团形成的研究

采用水/氧气,丙烯酸/氧气脉冲射频等离子体处理方法,对氧化钛薄膜进行表面改性.结果表明,水蒸气/氧气混合气体等离子体处理在氧化钛薄膜表面产生了吸附水及游离羟基,丙烯酸/氧气混合气体等离子体处理在氧化钛薄膜表面形成了羟基、羧基和羰基官能团.经水蒸气/氧气、丙烯酸/等离子体处理的氧化钛薄膜的水接触角分别降低了67.3和58.5°,极性分量分别增加了36.5和50.9mJ/m2,表现出很好的亲水性.     

Mg-Ca-Mn、Mg-Ca-Sr三元生物镁合金制备与研究

为了改善Mg-Ca二元生物镁合金的力学性能和体外降解性能,分别制备了Mg-Ca-Mn和Mg-Ca-Sr三元合金,比较了3种合金的显微组织、力学性能及在Hanks溶液中的降解性能.实验结果表明,Mg-Ca-Sr合金的力学性能和体外降解性能较好,抗拉强度为230MPa,析氢腐蚀速率为0.042 mL/(d·cm2).     

TiCuO薄膜的显微结构对Cu离子释放和内皮细胞行为的影响

采用直流磁控溅射技术, 在Si片和316L SS基体上制备了不同Cu含量的TiCuO薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、X 射线能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对薄膜的显微结构和化学组成进行了分析。采用电化学腐蚀和模拟体液浸泡实验评价了薄膜的腐蚀性能和Cu离子释放特性。体外静态培养内皮细胞后, 采用细胞计数试剂盒(CCK-8)评价了TiCuO薄膜的细胞活性。研究结果表明, 未掺杂的TiO₂薄膜为金红石相, 掺入Cu后的TiCuO薄膜由非晶基体上含有Cu₂O的纳米晶粒构成。薄膜中的富Cu区引起了薄膜腐蚀。含Cu量高的TiCuO薄膜更易被腐蚀, 并释放出较多Cu离子。TiCuO薄膜释放出一定浓度的Cu离子促进了内皮细胞活性。研究表明, TiCuO薄膜的含Cu量和显微结构影响了Cu离子释放, 对其内皮细胞活性起了关键作用。     

Ti(Ta)O2薄膜的表面形貌对血管内皮细胞生长量影响的研究

采用磁控溅射合成不同Ta含量的系列Ti(Ta)O2薄膜.利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行表征.并对薄膜表面进行人脐静脉内皮细胞(HUVEC)种植试验以评价薄膜材料的表面形貌对细胞组织相容性的影响.结果表明,细胞在不同Ta含量的Ti(Ta)O2薄膜表面因表面形貌的不同具有明显不同的粘附、增殖和生长行为.薄膜表面适当的粗糙度有利于细胞的贴附、生长和增殖.该研究指出,通过控制材料表面改性层的特征,可改善其表面细胞生物学行为,并可提高薄膜材料表面生物相容性.     

真空磁过滤电弧离子镀沉积Ti-O薄膜及其血液相容性

采用真空磁过滤电弧离子镀技术在单晶硅(100)和载玻片表面沉积Ti-O薄膜,研究了不同氧分压(0.08、0.13、0.2Pa)对薄膜结构及血液相容性的影响.研究结果表明,随着氧分压的提高,Ti-O薄膜相结构从三氧化二钛转变为金红石结构二氧化钛.扫描电子显微镜观察表明,所制备薄膜表面结构致密,与基体结合紧密.血小板粘附实验结果表明,0.13Pa下制备的薄膜血液相容性优异,优于临床应用的热解碳材料.     

与血液接触材料表面活化的研究进展

与血液接触材料的表面活化是对材料表面进行改性处理,并粘附生长有利于抗凝血性的蛋白和细胞等,进而发展具有表面生物活性的材料,通过生物识别途径,更好地提高其抗凝血性.从表面结构、抗凝活化层表面、表面内皮细胞化、表面磷脂化等方面概述了与血液接触材料表面活化的近期研究进展.     

电解液浓度对镁合金微弧氧化层耐蚀性与溶血率的影响

在电解液中加入 (NaPO₃)₆并在镁合金表面制备微弧氧化层,研究 (NaPO₃)₆浓度对镁合金微弧氧化层的影响.结果显示,微弧氧化层中含有MgO,Mg₂SiO₄,Mg₃(PO₄)₂等物质;随 (NaPO₃)₆浓度增加,微弧氧化层厚度增加,表面微孔孔径变大,当 (NaPO₃)₆浓度达到7 g/L时,微弧氧化层截面出现较明显的微裂纹;微弧氧化处理后的镁合金的耐蚀性明显高于基体的.当 (NaPO₃)₆浓度为5 g/L时其耐蚀性最佳;镁合金基体溶血率为72.3%,在不同浓度 (NaPO₃)₆下微弧氧化处理的镁合金溶血率均在1%~2.5%之间,溶血作用消除.     

非平衡磁控溅射制备氮化硅薄膜及其性能研究

采用非平衡磁控溅射技术,通过改变氮气和氩气分压比P(N2)/P(Ar),在钛合金(Ti6Al4V)表面制备出不同结构及性能的氮化硅薄膜.结果显示,制备的氮化硅薄膜为非晶态结构,随着氮气分压的增加,Si-N键的含量增加,其对应的红外吸收峰逐渐变宽,并向高波数偏移.氮化硅薄膜的显微硬度、耐磨性随着P(N2)/P(Ar)的增加而先增加,当P(N2)/P(Ar)为0.25时,随着P(N2)/P(Ar)的增加,薄膜硬度及耐磨性稍有降低.氮化硅薄膜具有较好的膜/基结合力,当增大氮气和氩气分压比,薄膜的脆性随之增加.