银离子注入不锈钢、氮化钛薄膜和热解碳的抗菌、抗腐蚀研究

论文摘要

本文在医用不锈钢、硅基体上用多弧离子镀制备氮化钛薄膜,对不锈钢、硅、热解碳基体材料和薄膜分不同剂量注入了银离子;用摇瓶法测试了抗菌率,测试菌种为革兰氏阳性菌—金黄色葡萄球菌;用电化学腐蚀的方法检测了薄膜在Hank’s模拟体液中的耐腐蚀性能;进行了硬度测试和材料表面微观分析,探索注入条件和表面抗菌特性的关系,并对抗菌机理进行了初步探讨。 实验结果发现,热解碳注银较其他样品注银有较好的抗菌率。当注入剂量接近和超过热解碳注银的饱和剂量5×1017ions/cm2时,各样品都具有很好的抗菌率,但低于这个剂量时,抗菌率逐渐减小。把各样品置入PBS液中摇动24小时,测试其溶液的银离子浓度,都在4个PPB左右,未达到最小抗菌浓度,所以我们估计抗菌是由于样品表面引起的。热解碳的表面形貌,有很大的层状和空穴稀疏结构,这种多孔的不平整材质可以吸附细菌,从而导致细菌和金属银离子的直接接触而死亡。我们可以从各样品的SEM照片中看到,注入银离子后这种稀疏的不平整结构并没有改变,所以这可能是抗菌的解释。氮化钛,硅片,不锈钢的表面都很光滑平整,因而不利于细菌的黏附,虽然注入有大量的银离子,但银离子并没有和细菌相接触,所以无法满足接触抗菌的条件,但当增大抗菌剂量时,尤其是当注入剂量超过饱和剂量时,离子注入的溅射效应占优。这时候表面的靶材和注入离子都很大程度上被溅射掉了,但同时还有离子注入效应。当继续加大注入剂量,这时由于连续的溅射效应,平整表面开始被溅射的凹凸不平,在这种情况下,其表面就可吸附细菌,导致注入的银离子和细菌直接接触,使细菌死亡。另一方面,银表面能吸附氢和氧,而且是氢和氧的原子,产生羟基（—OH）和活性氧离子（O2-）,这些物质具有很强的氧化能力,能破坏细菌细胞的增殖能力,实现抑菌或杀灭细菌的目的。 银离子注入对抗腐蚀性的影响:从注银和未注银氮化钛样品E0,E1,E2,E4的循环伏安法对比图中可以看出,氮化钛薄膜注入9×1016ions/cm2剂量银的样品仍具有良好的抗腐蚀性,但当注入剂量达到1×1018ions/cm2时,电流密度开始发生大范围的波动,这时原来的薄膜的良好的抗腐蚀性能已遭到了一定程度的破坏,当注入剂量达到5×1018ions/cm2时,薄膜的抗腐蚀性严重破坏。因此,抗腐

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 目录
• 第一章 绪论
• §1.1 引言
• §1.2 相关的研究和应用进展
• §1.3 本文的研究背景和意义
• §1.4 本文的研究内容
• 第二章 试验材料、方法和原理
• §2.1 材料编号和预处理
• §2.2 多弧离子沉积TiN薄膜
• §2.3 离子束辅助沉积TiN膜
• §2.4 金属蒸汽弧源（MEVVA）离子注入
• §2.5 材料表面微观结构分析
• §2.6 微观测试参数
• 第三章 抗菌性能测试和机理研究
• §3.1 背景
• §3.2 测试方法
• §3.3 测试结果
• §3.4 样品表面形貌对抗菌的影响
• §3.5 抗菌机理研究
• §3.6 本章小结
• 第四章 化学、机械性能研究
• §4.1 注入银离子的耐腐蚀性能测试方法
• §4.2 腐蚀测试结果
• §4.3 注入银离子机械性能测试
• §4.4 本章小结
• 第五章 材料表面微观测试
• §5.1 X射线衍射（XRD）分析
• §5.2 X射线光电子能谱（XPS）
• §5.3 俄歇电子能谱（AES）
• §5.4 卢瑟福背散射（RBS）分析
• §5.5 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢