镍钛合金表面a-C：F膜的制备与性能研究

论文摘要

随着现代材料科学以及生物医学科学的迅猛发展,生物材料在临床医学领域中的应用已日趋广泛。等离子体表面改性技术在生物材料研究领域的应用成为一个热点问题。通过表面改性技术增强材料表面的抗腐蚀性已经成为现代生物医用材料设计的一个重要发展方向。由于氟化非晶碳膜（Fluorinated amorphous carbon film,a-C:F）具有良好的生物相容性、抗细菌吸附性、化学惰性、耐磨性、低介电常数、高疏水性和相对优良的机械性能等特性将成为发展前景广阔的新型生物医用薄膜材料。因此对a-C:F膜的结构和性能进行系统性研究对开发和设计新一代生物医用材料具有极其重要的指导意义。本文采用射频等离子体磁控溅射技术,在镍钛合金表面沉积出a-C:F膜。通过衰减全反射傅立叶变换红外光谱（ATR-FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、激光拉曼光谱（Raman）、X射线衍射仪（XRD）、原子力显微镜（AFM）、纳米压痕仪、电化学试验等分析方法对薄膜的成分、结构、形貌、力学性能、抗腐蚀性能进行了研究,并分析了射频功率、沉积时间、氩气流量对薄膜结构和性能的影响。研究结果表明,磁控溅射制备的碳氟膜为非晶结构。a-C:F膜中化学基团包括:C-C、-CF、-（CF-CF）n-、-CF2和-CF3基团;通过控制工艺条件可以很好的调节薄膜中的SP2与SP3的杂化比;随着沉积时间的增加,薄膜表面的粗糙度逐渐减小,沉积时间为120min时,薄膜的表面粗糙度Ra达到3.218nm,而随着射频功率和氩气流量的增加薄膜表面粗糙度先减小后增大。纳米压痕分析结果表明,随着薄膜制备参数的变化,a-C:F膜表现出不同的硬度和弹性模量,a-C:F膜的力学特性是由薄膜中碳碳网络的特性和氟碳基团的种类共同决定。电化学分析结果表明a-C:F膜的抗腐蚀性能随着浸泡时间的延长趋于稳定,薄膜有效地阻止了镍离子的析出。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究的背景及意义
• 1.2 NiTi合金表面改性技术
• 1.3 a-C:F膜的性能特点
• 1.4 a-C:F膜的制备技术
• 1.4.1 a-C:F膜气体源沉积技术
• 1.4.2 a-C:F膜固体源沉积技术
• 1.5 a-C:F膜的应用
• 1.5.1 a-C:F膜在生物医用领域的应用
• 1.5.2 a-C:F膜在超大规模集成电路领域的应用
• 1.6 本文的研究内容
• 第2章 a- C:F膜制备及表征方法
• 2.1 a-C:F膜的制备方法
• 2.1.1 磁控溅射原理及特点
• 2.1.2 实验装置介绍
• 2.2 a-C:F膜表征方法
• 2.2.1 傅立叶红外吸收光谱
• 2.2.2 X射线光电子能谱
• 2.2.3 Raman光谱
• 2.2.4 X射线衍射分析
• 2.2.5 纳米压痕技术
• 2.2.6 原子力形貌分析
• 2.2.7 电化学分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 a-C:F膜的制备实验
• 3.1 实验方案设计
• 3.1.1 溅射参数选定
• 3.1.2 溅射工艺制定
• 3.2 a-C:F膜的制备过程
• 3.2.1 基片前处理
• 3.2.2 溅射过程
• 3.3 本章小结
• 第4章 a-C:F膜的结构和形貌表征
• 4.1 a-C:F膜的红外光谱分析
• 4.1.1 PTFE靶的红外光谱
• 4.1.2 射频功率的影响
• 4.1.3 Ar流量的影响
• 4.1.4 沉积时间的影响
• 4.2 a-C:F膜的X射线光电子能谱分析
• 4.2.1 射频功率的影响
• 4.2.2 Ar流量的影响
• 4.3 Raman光谱分析
• 4.3.1 射频功率的影响
• 4.3.2 Ar流量的影响
• 4.4 X射线衍射结构分析
• 4.5 a-C:F膜表面形貌分析
• 4.5.1 a-C:F膜原子力显微表面形貌分析
• 4.5.2 射频功率的影响
• 4.5.3 Ar流量的影响
• 4.5.4 沉积时间的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 a-C:F膜的力学及腐蚀性能
• 5.1 a-C:F膜的加载-卸载曲线
• 5.2 射频功率对a-C:F膜力学性能的影响
• 5.2.1 不同射频功率下a-C:F膜的加载卸载曲线特性
• 5.2.2 不同射频功率下a-C:F膜的划擦行为
• 5.3 Ar流量对a-C:F膜力学性能的影响
• 5.3.1 不同Ar流量下a-C:F膜的加载卸载曲线特性
• 5.3.2 不同Ar流量下a-C:F膜的划擦行为
• 5.4 电化学分析
• 5.4.1 开路电位-时间曲线
• 5.4.2 极化曲线
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢