[00128773]纳米陶瓷薄膜的生物相容性及纳米多层膜的机械性能

1、纳米陶瓷薄膜的制备及其生物相容性研究：　　（1）研究发现：TiN、TiCN、TiC等含Ti薄膜能够给成纤维细胞提供正常的生长环境。相比较而言，TiC表面展现了更丰富的触角和数量，也没有发现更多的细胞死亡。这些结果也说明含Ti薄膜具有良好的组织相容性。这个结果处于同期研究的先进水平。　　（2）CNx和DLC膜均可明显提高成纤维细胞和内皮细胞的吸附、繁殖和生长，无明显细胞毒性反应，显示了良好的组织相容性。相比于DLC膜，CNx膜可提供更理想的适合细胞健康繁殖、吸附和生长的表面。细胞在CNx膜上生长的更丰富。随着N气分压的增加，CNx膜中N原子含量也逐渐增加，这进一步促进了细胞的吸附和自由生长。这个关于高的N原子含量可进一步改善CNx膜的组织相容性的发现具有创新性。这个结果处于同期研究的先进水平。　　（3）相比于DLC膜，CNx膜进一步抑制了血小板的吸附，延长了凝血时间和再钙化时间。同时，在血液蛋白的竞争吸附中，白蛋白与IgG蛋白在CN0.15表面的吸附比（RA/I）最高，显示了高N含量的CNx膜具有更好的血液相容性。这是一个创新性发现。这证明了CNx与DLC材料一样具有优良的临床应用价值。这个结果处于国际研究的先进水平。　　2、纳米多层膜的制备及其机械性能研究：　　（1）利用双靶磁控溅射技术合成了具有1～50nm调制周期的几十到几百层的CrN/ZrN、ZrN/WN、ZrAlN/ZrB2、ZrC/ZrB2等纳米多层膜，发现了调制周期、调制比、不同反应气体比例等合成参数对纳米多层薄膜的性能和结构的影响规律，找到了最佳的合成条件，在优化条件下合成的纳米多层薄膜硬度、弹性模量、结合力、应力缓解等均明显优于两个单质薄膜，硬度最高超过了50GPa。这对研发纳米多层膜强化涂层的新型工具提供了很有价值的实验数据。　　（2）研究揭示了这些系列的纳米多层膜的结构和性能的关系，两种单质超薄薄膜周期性存在，可使单质膜周期性的重新形成，这样不仅可以阻止单质膜中柱状晶和位错的移动和长大，阻止材料相互扩散，降低相互之间的高温熔合，而且低的界面能可缓解内部压力，增加膜层间的吸附强度。这对于合成适合于实际应用的纳米多层表面强化涂层系统提供了很有价值的理论依据。　　（3）在设计合成CrN/ZrN纳米多层膜的研究中，发现了一种新的工艺，在合适的N2气体流量和偏压下，通入一定比例的更具活性的NH3气体，能够使合成的CrN/ZrN纳米多层薄膜的硬度、模量、耐磨能力与基体的结合力明显的改善。这是一个创新点。　　（4）对于ZrAlN/ZrB2纳米多层薄膜高温稳定性研究发现，其结构和性能在高温下还进一步改善，其硬度在1000度时达到40GPa，同时其残余应力明显释放。这个结果也是首次报道。这对于研发适应于干磨和低润滑剂环境的具有高硬度和高温稳定性的纳米多层膜强化涂层的新型工具提供了很有价值的参考。