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摘要：本论文主要分为两个方向,一方面是对生物植入体材料表面改性的探讨探讨,包括对目前广泛利用的医用植入体材料Ti6A14V合金进行了表面复合修饰,并对其生物相容性、耐摩擦及耐腐蚀性能进行了探讨；以及仿关节软骨表层“烧瓶刷”结构生物大分子合成SBMA聚合物刷,并探讨了其在水环境下的摩擦学性能。另一方面,以新型碳材料---石墨烯为载体,以廉价易得的尿素为氮源前体,在铁盐有着下通过热解法制备了燃料电池阴极氧还原催化剂Fe/N/rGO,并浅析探讨了其电催化性能。本论文第二章中,首先采取非平衡磁控溅射的策略在Ti6A14V合金表面沉积了钛过渡层的类金刚石DLC薄膜,然后采取光接枝的策略在DLC表面共价接枝了全氟烃基单分子层,得到了Ti6A14V合金为基底的复合薄膜。X-射线光电子能谱仪(XPS)、光学接触角测试仪以及激光共聚焦三维表面轮廓仪对该复合薄膜的表征结果显示,类金刚石-光接枝全氟烃基单分子层对Ti6A14V合金的复合修饰,使其表面粗糙度大幅下降,疏水性能显著提升。为模拟人体环境,将复合修饰前后的Ti6A14V合金在模拟人体体液中浸泡一个月后,进行了各方面性能的测试。通过直接接触的体外细胞毒性实验及MTT比色法探讨了成骨细胞在材料表面的增殖、粘附情况,以评价复合薄膜对Ti6A14V合金的细胞相容性的影响。同时采取经典三电极系统的电化学测试策略,检测了自腐蚀电位和自腐蚀电流密度,以评价复合薄膜的耐腐蚀性能。并通过在模拟体液环境中的UMT-2MT摩擦学实验评价了复合修饰对基底摩擦学性能的影响。结果显示,钛合金表面经类金刚石-光接枝全氟烃基单分子层复合薄膜改性后,不论是细胞相容性,还是耐摩擦、耐腐蚀性能,均有显著的提升。在第三章中,采取廉价的硫代甜菜碱类离子单体SBMA,仿关节软骨表层链状蛋白聚糖分子,在单晶Si基底表面通过ATRP法制备了SBMA聚合物刷。通过接触角测量仪、椭偏测厚仪、XPS对薄膜进行表征浅析,证明在硅片表面成功制备了SBMA聚合物刷薄膜。宏观摩擦学实验表明,亲水性SBMA聚合物刷在水环境中具有良好的润滑功能。尽管SBMA聚合物刷的抗磨损性能有待提升,但是对仿生水基润滑材料的探讨还是提供了一定的实验素材。第四章以新型碳材料---石墨烯为载体,以廉价易得的工业原料尿素为氮源前体,在铁盐有着下通过热解法制备了燃料电池阴极氧还原催化剂Fe/N/rGO。利用SEM、TEM、IR、Roman、XPS等策略对催化剂进行了全面表征。电化学探讨浅析结果表明,催化剂对氧还原反应具有很好的催化活性和较高的能量转化率,且具有良好的耐甲醇毒性及稳定性。关键词：生物医用材料论文Ti6Al4V合金论文复合薄膜论文仿生水润滑论文氧还原催化剂论文
中文摘要3-5
Abstract5-7
主要缩略词7-12
第一章 生物医用材料12-36
1.1 概况和分类12-16
1.2 医用钛及钛合金材料的进展及不足16-19
1.3 钛合金材料的表面改性探讨19-21
1.3.1 钛及钛合金表面改性提升生物活性19-20
1.3.2 钛及钛合金表面改性提升其他性能20-21
1.4 生物化学法表面改性的探讨21-25
1.4.1 基于自组装单分子层的化学修饰21-23
1.4.2 基于光接枝的化学修饰23-24
1.4.3 基于ATRP法制备分子刷的化学修24-25
1.5 医用生物材料生物摩擦学的改性探讨25-30
1.5.1 生物摩擦学的进展25-26
1.5.2 人工关节的生物摩擦学26-27
1.5.3 接枝改性改善生物摩擦学27-29
1.5.4 表面沉积类金刚石碳膜改善生物摩擦学29-30
.4.1 X射线光电子能谱浅析422.4.2 表面润湿性浅析42
2.4.3 表面三维形貌浅析42
2.4.4 结果与讨论42-47
2.4.5 本节小结47
2.5 Ti6Al4V合金表面复合薄膜的表面细胞相容性研47-53
2.5.1 复合薄膜表面细胞相容性实验48-50
2.5.2 细胞相容性实验结果与讨论50-53
2.6 Ti6Al4V合金表面复合薄膜的表面耐腐蚀性能探讨53-56
2.6.1 电化学腐蚀测试实验54
2.6.2 电化学腐蚀测试结果与讨论54-56
2.7 Ti6Al4V合金表面复合薄膜的表面摩学擦性能探讨56-59
2.7.1 摩擦学性能测试实验57
2.7.2 摩擦学性能测试结果与讨论57-58
2.7.3 本节小结58-59
2.8 本章总结59-60