掺锌羟基磷灰石-沸石/聚己内酯复合材料作为镁基体涂层提高其体外腐蚀和抗菌性能（英文）

开发掺锌羟基磷灰石-沸石(Zn HA-Zeo)和聚己内酯(PCL)复合涂层,以提高镁基体的耐腐蚀性能和抗菌性能。采用浸涂技术在室温下将Zn HA-Zeo/PCL涂覆在镁基体上,对样品进行场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、能量色散X射线光谱(EDX)和抗菌电位测试。结果表明,复合涂层由羟基磷灰石(HA)、磷钙锌石(scholzite)、沸石和PCL相组成。EDX谱显示钙(Ca)、硅(Si)、铝(Al)、锌(Zn)、磷(P)和氧(O)元素的存在。复合涂层表面的显微形貌为球形,厚度为226～260μm。掺锌HA-Zeo复合涂层具有较高的耐蚀性,对镁基体表面提供足够的保护,使其不被电流腐蚀。与未掺杂的涂层相比,掺锌HA-Zeo涂层对大肠杆菌具有更好的抗菌活性。综合结果表明,Zn HA-Zeo涂层不仅具有良好的耐腐蚀性能,而且具有良好的抗菌性能,可作为种植体应用的理想材料。     

抗菌仿生多孔钛植入体的成骨性能（英文）

采用冷冻铸造和热氧化法制备一种新型兼具抗菌功能和良好骨整合性能的表面改性仿生多孔钛植入体。通过细胞增殖实验、碱性磷酸酶(AKP)活性水平测定实验、X线检测及骨硬组织切片等体内外成骨实验方法评价多孔钛植入体的骨整合性能。结果显示,随着植入体与体外细胞共培养时间的延长,表面纳米改性后多孔钛实验组的体外细胞增殖、分化活性水平较未表面纳米改性的多孔钛和致密钛对照组明显升高(P0.05);随着在动物体内植入时间的延长,处理和未处理多孔钛实验组孔隙中有骨长入和成骨现象,而且成骨细胞在处理组孔隙中分化程度更加成熟。抗菌仿生多孔钛植入体能与骨组织形成牢固的生物性骨嵌合,具有良好的骨整合性能。     

纳米针状表面改性的仿生多孔钛植入体及体外成骨性能（英文）

通过冷冻铸造和热氧化法制备一种新型兼具抗菌功能和良好骨整合性能的纳米针状表面改性仿生多孔钛植入体。分析和表征仿生多孔钛植入体的孔隙形貌和尺寸、力学性能和体外成骨性能。结果表明:当控制冷冻铸造工艺中浆料中钛粉体积比为10%时,多孔试样的孔隙度为(58.32±1.08)%、孔径为(126.17±18.64)μm、压缩强度为(58.51±20.38)MPa、弹性模量为(1.70±0.52)GPa。在1200°C烧结1 h,多孔试样的孔隙度为(58.24±1.50)%、孔径为(124.16±13.64)μm、压缩强度为(54.77±27.55)MPa、弹性模量为(1.63±0.30)GPa。通过热氧化方法在多孔钛植入体试样的孔隙表面制备出均匀分布的纳米针状结构。通过对工艺的优化,制备出具有良好孔隙形貌和尺寸,同时具备良好力学性能和体外成骨性能的纳米针状表面改性仿生多孔钛植入体,具有重要的临床应用前景。     

表面改性多孔钛植入体孔径和孔隙率对骨长入的影响（英文）

研究表面改性多孔钛种植体孔隙率和孔径对骨整合的影响。用粉末注射成形技术制备3种多孔钛植入体(A30,A40和A50,造孔剂NaCl的体积分数分别为30%,40%和50%)。将改性后的多孔植入体分别植入狗的背部肌肉和股骨内28、56和84 d后,检测多孔钛植入体与宿主骨之间界面成骨活性和骨组织长入孔隙内的情况。结果表明,喂料中造孔剂NaCl的添加量从30%增至50%(体积分数),多孔钛的总孔隙率从42.4%增至62.0%,大孔径(50μm)多孔钛的质量分数从8.3%增至69.3%。组织学和荧光标记结果显示,A50植入体在28 d时骨界面的成骨活性明显高于其他组,在84d时A30植入体骨长入的量低于其他组。因此,A50植入体的孔结构适合新骨组织长入多孔植入体。     

羟基磷灰石／聚己内酯复合材料的溶液共混制备与力学性能研究

将羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)和聚己内酯(polycaprolactone,PCL)先分散到N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)有机溶剂中,在60℃温度下不断搅拌,缓慢去除有机分散剂,干燥后打碎共混物,放入模具中在120℃热压,获得HA/PCL复合材料薄膜.红外光谱(FTIR)表征发现,HA/PCL复合材料的基本组成为HA和PCL,没有新的组成相出现,表明溶液共混处理属于物理混合,混合过程中没有产生新的组成.力学性能测试表明,溶液共混和热压制备方法能够增加HA与PCL的结合力,提高材料的弹性模量.HA与PCL的界面结合是机械性质的,微纳米尺度的HA填充相总体上易使HA/PCL复合材料脱落或松动,导致强度较低.另一方面,在本研究的制备工艺下,适当地控制HA的含量,微米级的HA能够明显地提高复合材料的屈服强度,使HA成为PCL基复合材料的增强相.     

纳米羟基磷灰石的精氨酸修饰及其基因转染活性（英文）

为了提高羟基磷灰石(HAp)纳米颗粒的基因转染效能,采用水热合成法制备精氨酸表面修饰的羟基磷灰石(HAp/Arg)纳米颗粒。利用透射电镜、原子力显微镜、Zeta电位分析仪对HAp/Arg纳米颗粒及其与DNA结合的复合物的形貌、晶粒尺寸和zeta电位进行表征;采用凝胶电泳实验研究HAp/Arg对DNA的负载与保护性能;采用MTT和LDH法,选取人正常血管内皮细胞和人肿瘤细胞Hela细胞,考察HAp/Arg纳米颗粒的细胞毒性,及其负载基因的转染活性。结果表明:制备的HAp/Arg粒径较均匀,呈短棒状,尺寸为50~90 nm;在pH=7.4时,HAp/Arg的表面净电荷均值为35.8 mV,可负载DNA静电效应浓缩形成HAp/Arg-DNA复合物,同时对结合的DNA有明显的保护作用和转染活性,并无细胞毒性。经精氨酸表面修饰的HAp可成为一种有效的基因结合载体。     

银-沸石掺杂羟基磷灰石镁合金涂层的生物活性、体外腐蚀行为和抗菌活性（英文）

Mg-based alloys received significant attention for temporary implant applications while, their applications have been limited by high degradation rate. Therefore, silver-zeolite doped hydroxyapatite(Ag-Zeo-HAp) coating was synthesized on Ti O_2-coated Mg alloy by physical vapour deposition(PVD) assisted electrodeposition technique to decrease the degradation rate of Mg alloy. X-ray diffraction(XRD) analysis and field emission scanning electron microscopy(FE-SEM) images showed the formation of a uniform and compact layer of Ag-Zeo-HAp with a thickness of 15 μm on the Ti O_2 film with a thickness of 1 μm. The potentiodynamic polarization(PDP) and electrochemical impedance spectroscopy(EIS) tests indicated that corrosion resistance of Mg-Ca alloy was considerably increased by the Ag-Zeo-HAp coating. The bioactivity test in the simulated body fluid(SBF) solution showed that a dense and homogeneous bonelike apatite layer was formed on the Ag-Zeo-HAp surface after 14 d. Investigation of antibacterial activity via disk diffusion and spread plate methods showed that the Ag-Zeo-HAp coating had a significantly larger inhibition zone(3.86 mm) towards Escherichia coli(E. coli) compared with the Ti O_2-coated Mg alloy(2.61 mm). The Ag-Zeo-HAp coating showed high antibacterial performance, good bioactivity, and high corrosion resistance which make it a perfect coating material for biomedical applications.镁基合金作为临时植入材料的应用受到了越来越多的关注,然而,由于其降解速率高,因此应用受到了限制。为了降低镁合金的降解速率,本文作者采用物理气相沉积(PVD)辅助电沉积技术在镀氧化钛(Ti O_2)的镁合金上涂覆掺银-沸石羟基磷灰石(Ag-Zeo-HAp)涂层。X射线衍射(XRD)分析和场发射扫描电镜(FESEM)图片显示,在厚度约为1μm的二氧化钛薄膜上形成了均匀且致密的Ag-Zeo-HAp涂层,厚度约为15μm。动电位极化(PDP)和电化学阻抗谱(EIS)测试表明,通过Ag-Zeo-HAp涂层,Mg-Ca合金的耐腐蚀性大大提高。模拟体液(SBF)浸泡测试生物活性试验结果表明,在14 d后的Ag-Zeo-HAp表面上形成了一层致密且均匀的类骨磷灰石层。采用琼脂扩散法和平板涂布法对抗菌活性进行研究。结果表明,与Ti O_2涂层的镁合金(2.61 mm)相比,Ag-Zeo-HAp涂层对大肠杆菌(E.coli)的抑制区(3.86 mm)明显增大。Ag-Zeo-HAp涂层具有良好的抗菌性能、良好的生物活性和耐腐蚀性,是生物医学应用的理想涂层材料。     

激光原位制备TiB-Ti网状结构增强钛基复合涂层（英文）

针对激光熔覆凝固制备TiB-Ti复合涂层裂纹敏感性大的问题,以TiB_2粉作为熔覆材料,利用激光原位技术在钛合金表面制备网状结构增强钛基复合涂层。采用SEM、XRD、EPMA、TEM、硬度计和微动磨损仪对合成的钛基复合涂层进行测试和分析。结果表明,网状结构外部主要为TiB强化相,并与Ti基体界面之间结合洁净,具有固定的取向关系;网状结构内部主要为α-Ti晶粒,且尺寸细小。网状结构熔覆层自表及里显微硬度逐渐降低,但平均显微硬度近基材的2倍。微动磨损测试显示,较低载荷下,网状结构熔覆层的耐磨性能优于基材。结果表明,类网状结构可以提高钛基复合涂层的硬度和抗微动磨损性能。     

ZA6-1锌合金骨植入体表面沉积抗菌及耐腐蚀型生物活性涂层（英文）

通过在商用ZA6-1锌合金表面沉积负载十二烷基硫酸钠(SDS)和乙酰丙酸(LA)的聚乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA)赋予其抗菌性能。首先,在ZA6-1锌合金表面聚合化沉积APTES接枝层,获得氨基官能团;随后,利用氨基官能团与羧基官能团的正负电荷吸引作用使与SDS/LA混合的PLGA负载于基体表面。所制备的PLGA-SDS/LA涂层具有良好的耐腐蚀能力,其腐蚀速率低至0.005 mm/a,并且可通过改变涂层厚度对其进行调控。该涂层除具有良好的成骨细胞相容性外,还具有优良的抗菌性能,其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率分别达到98.9%和99.8%。     

干燥和沉积工艺对钛基羟基磷灰石涂层性能的影响

为了制备生物活性与表面质量良好HA/TC4钙磷复合涂层,对仿生矿化法制备钛基羟基磷灰石过程中,干燥和沉积次数对涂层表面的影响进行了研究。试验采用划分相同温度梯度的干燥方案,以24h为总沉积时间,划分2次、3次干燥和沉积,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对涂层形貌进行分析。结果表明:3次干燥和沉积后,HA钙磷涂层表面裂纹尺寸控制在宽5~13μm、长71~269μm的范围内,同时涂层均匀性也得到改善;3次沉积后钙磷比为5.81,HA的结晶度得到提高。同时,利用薄膜测厚仪测得3次沉积后涂层的厚度从33μm依次增加至39μm,拉伸试验结果显示3次沉积后结合强度可以增加至12.41MPa。采用仿生法、选择3次干燥和沉积后得到的涂层在表面形貌、涂层厚度、生物活性以及表面结合强度等方面均有利于临床应用。     

基于分子动力学的金属钛纳米切削过程研究（英文）

采用基于分子动力学的仿真方法建立了金属钛纳米切削分子动力学模型,选择了有代表性的切削条件,通过仿真得到瞬间原子位置图像并对切削过程中材料去除现象、加工表面形成过程、系统势能和工件温度等的变化进行了分析。发现在金属钛的纳米切削过程中切屑和加工表面是由于晶格能的释放和位错的不断延伸扩展形成的。已加工表面原子的弹性恢复和晶格重构能够减缓总势能和温度不断增加的趋势,并使其伴随有微小波动。     

基于分子动力学的金属钛纳米振动切削研究（英文）

采用分子动力学模拟方法进行了金属钛的纳米振动切削和普通纳米切削的比较研究。结果表明:在相同仿真条件下,单向振动X、Y向切削力平均值仅为普通切削的1/3左右;椭圆振动切削(elliptical vibration cutting,EVC)相比单向振动切削,剪切角变大,切屑的塑性变形降低,同时主切削力以及背吃刀力值均降低;单向振动切削和EVC的切削温度呈近似正弦脉冲变化,对比普通加工,振动切削的温度显著下降;相比于单向振动切削EVC的工件平均切削温度略高。     

电沉积Co-Cr_3C_2纳米复合涂层的热稳定性（英文）

研究了电沉积Co-Cr3C2纳米复合涂层的热稳定性。析出相Cr3C2颗粒均匀弥散地分布在涂层中,质量分数大约为30%。600℃以上退火导致涂层当中形成孔隙。400℃以下和600℃以上退火分别有利于Co纳米晶粒沿[002]和[220]方向生长。低于400℃退火可以同时获得优异的耐磨性和高硬度。经低于400℃退火,涂层的摩擦系数达到0.12,而经200℃退火后的涂层的摩擦系数低至0.04。     

在纯钛表面制备疏水和抗腐蚀性碳-PTFE复合涂层的性能（英文）

采用水热法和浸渍法两步工艺在钛板上制备由碳和聚四氟乙烯(PTFE)组成的复合涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、水接触角计、X射线光电子能谱(XPS)和电化学技术对复合涂层的形貌、组分、疏水和腐蚀性能进行表征,研究不同聚四氟乙烯浓度的浸渍液对复合涂层腐蚀性能的影响。结果表明,当以0.1 mol/L的葡萄糖溶液为碳源、20 wt.%PTFE悬浮液为浸渍液时,聚四氟乙烯均匀分布于所获得的碳复合涂层表面。20 wt.%PTFE浸制的碳涂层与钛板具有良好的结合强度和疏水性,此时润湿角为142.3°,且涂层耐腐蚀性能良好,腐蚀电流密度低至0.0045μA/cm~2。因此,钛基体上制备的碳-PTFE复合涂层具有良好的疏水性和耐腐蚀性,在汽车和金属防腐工业中具有较好的应用前景。     

纳米缺钙羟基磷灰石生物陶瓷涂层中相组成和显微结构的控制

研究了低钙磷比溶液电沉积缺钙羟基磷灰石生物陶瓷涂层在水热合成和700℃,800℃,900℃焙烧后的相组成和显微组织结构;用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对涂层进行分析。结果表明:在电沉积液Ca/P比1.30,沉积液温度25℃,电压4V条件下,Ti基体表面沉积了片状和条状HAP和CaHPO4·2H2O混合相涂层;在pH值为12的碱液中,150℃和200℃水热合成4h后涂层由针状纯HAP组成,Ca/P比约为1.61,且随着水热合成温度的升高,晶体结晶度提高,但晶体无明显长大趋势;700℃焙烧后,涂层仍由纯HAP组成,只是晶体因失水而发生团聚;800℃焙烧后,部分HAP发生分解,生成β-Ca3(PO4)2,且HAP与β-Ca3(PO4)2的体积比为90∶10,形貌为块状和板条状,其表面附着许多细小的针状颗粒;900℃焙烧后,β-Ca3(PO4)2的含量增加,HAP与β-Ca3(PO4)2的体积比为74∶26,小颗粒团聚成较大的块状和板条状颗粒。由此制备了对骨组织生长更有利的HAP+β-Ca3(PO4)2双相涂层结构。     

CTAB对于介孔羟基磷灰石形貌和孔结构的影响（英文）

以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,采用水热法合成介孔羟基磷灰石,并利用不同检测手段对其物相、形貌和孔结构进行表征。结果表明,合成物是高度结晶的羟基磷灰石相。表面活性剂对催化剂晶粒的形貌影响较小,但明显影响孔结构的形成。无表面活性剂存在时晶粒的比表面积较小(≤33 m2/g),,通过TEM无法观察到明显的孔结构。而对于有表面活性剂存在时合成的样品,可以看到许多孔径大小为2~7 nm的开孔,不均匀地分布在羟基磷灰石纳米棒的表面。氮气吸附-脱附实验得到的均为吸附IV型等温线,并伴有明显的滞后环,证实了介孔结构的存在。当CTAB与羟基磷灰石的摩尔比为1:2时,样品的比表面积与孔容最大,其比表面积为97.1 m2/g,孔容为0.466 cm3/g。     

Tb/Mg掺杂对羟基磷灰石纳米颗粒基因载体理化特性的影响（英文）

羟基磷灰石纳米颗粒(HAnps)基因载体的转染效率与粒径、形貌、表面电荷、表面改性等有关。本研究通过水热合成法制备掺杂Tb/Mg的HAnps,观察Tb/Mg掺杂量对HAnps形貌、粒径、表面电荷、成分和细胞胞吞作用的影响。结果表明,掺Mg组的分散性优于掺Tb组的分散性。增加掺杂量使Tb-HAnps的粒径增大,而Mg-HAnps的粒径减小。掺Mg组的粒径及zeta电位均低于掺Tb组的。掺Mg量为7.5%的HAnps平均粒径约30 nm,呈相对均匀的细长杆状,而掺Mg量为10%的HAnps易于团聚。被胞吞入MG63细胞的Mg-HAnps-GFP呈点状分布于核周区域并形成荧光圈,而Tb-HAnps易于团聚。因此,作为基因载体,Mg-HAnps明显优于Tb-HAnps。     

Cu含量对Ti-Al-Si-Cu-N纳米复合涂层微观结构和高温氧化行为的影响（英文）

通过磁控溅射技术,在AISI-304不锈钢表面制备了不同Cu含量的Ti-Al-Si-Cu-N纳米复合涂层。通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)仪、X射线衍射(XRD)仪、纳米压痕仪和自制压痕仪等设备研究Ti-Al-Si-N和Ti-Al-Si-Cu-N纳米复合涂层的结构和在800℃氧化的行为。结果表明:随着涂层中Cu含量的增加,涂层表面的微孔数量减少,涂层更加致密,涂层晶粒尺寸减小,择优取向由(111)向(110)逐渐转变。涂层的硬度由14.76 GPa增加至19.42 GPa。Cu含量为1.72%(原子分数)的Ti-Al-Si-Cu-N弹性模量最小,为104.5GPa。Cu元素对Ti-Al-Si-Cu-N纳米复合涂层抗氧化性能有两方面的影响:一是促进Al元素的扩散,二是在氧化膜表面形成裂纹和微孔缺陷。Ti-Al-Si-N涂层比Ti-Al-Si-Cu-N涂层具有更好的抗氧化性能。     

Ti-6Al-4V基体上等离子喷涂羟基磷灰石涂层的热-力耦合（英文）

在考虑了温度与变形之间的相互作用后,对经典的Fourier瞬态热传导方程进行了修正,并采用适合于高温及高应变率条件下的热弹塑性方程作为本构模型,从而建立了在Ti-6Al-4V基体上等离子喷涂羟基磷灰石涂层这一独特条件下的热-力耦合模型。据此,采用有限元方法对温度场和残余应力场进行了耦合求解。模拟了基体预热温度对涂层各个残余应力分量的影响。此外,为了能得到定量的比较,还采用了"材料去除"的实验技术测试了涂层在界面处的残余应力。结果表明:计算结果与实验结果吻合;在界面的边缘处有明显的应力集中;适当提高基体的预热温度对于减少残余应力是有帮助的。     

2024铝合金表面纳米化-微弧氧化复合涂层设计、表征及疲劳性能（英文）

在2024铝合金表面制备纳米化-微弧氧化复合涂层,该复合涂层由底层纳米晶层及顶层陶瓷涂层构成。采用XRD、TEM和SEM研究了复合涂层的微观组织结构,并研究了表面处理对铝合金基体疲劳寿命的影响规律。顶层陶瓷涂层厚度分别为5和10μm的复合涂层试样的疲劳寿命分别提高了21.9%和23.2%,疲劳性能的改善是基体合金靠近涂层区域的纳米晶结构及残余压应力共同作用的结果;当顶层陶瓷涂层厚度增加到15μm时,由于涂层表面较大的孔径及涂层内部存在的微裂纹,导致疲劳寿命降低。