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《大连理工大学》 2003年
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NiTi生物医学材料表面改性电子结构研究

华英杰  
【摘要】: 生物医学材料的生物相容性与其表面状态密切相关,因而对医用材料进行表面改性是提高其生物相容性的有效途径。本文首先对生物医学材料的研究发展状况进行了概述,重点探讨了NiTi形状记忆合金在医学中的应用以及其生物相容性的问题。在大量的实验研究基础上,采用表面氧化和离子注入的方法对NiTi形状记忆合金进行了表面改性研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)对表面结构进行了分析;通过测试在模拟体液中样品的阳极极化曲线和用原子吸收法测定镍离子的释放速率对其耐腐蚀性进行了研究。在实验的基础上,进一步采用密度泛函理论的离散变分Xα方法,进行理论上的计算工作,对理论与实验的一致性进行了初步的评价。 采用密度泛函理论的离散变分Xα方法,对NiTi形状记忆合金表面镍与钛的竞争吸附机制进行了理论研究,确定了钛优先氧化的模式,与NiO、TiO和TiO_2的标准自由能数据相一致,并验证了其他研究者的实验结果。进一步对钛与氧之间相互作用本质的研究表明,O 2p轨道和Ti 4s轨道以及O 2p轨道和Ti 3d 4s 4p杂化轨道间的相互作用是NiTi合金表面氧分子吸附的驱动力,在此过程中,NiTi合金的体相结构没有发生变化,从而保证了其一系列力学性能和形状记忆特性在表面氧化后不发生明显的变化,使表面改性的工作可以安全、可靠的完成而不影响其植入人体后发挥正常的生理功能。 采用热氧化的方法,在机械抛光的NiTi基体表面生成一均匀的氧化层,并进一步进行氮离子的注入。表面成分分析表明,氧化和离子注入后,表面形成钛氧化物,使合金的耐腐蚀性得到明显的改善。离子注入后,由于注入过程改变了合金表面的电荷分布,使表面富含结构羟基(OH),合金的抗点腐蚀能力比仅仅进行氧化处理的样品明显提高。 在实验结果的基础上,选择一定的、合理的原子簇模型,分别进行碳或氮离子掺杂于TiO_2金红石结构中的理论计算。表面电荷分布、键级和态密度的计算结果一致说明,当碳或氮离子掺杂于TiO_2金红石结构中时,由于钛与碳和氮之间发生相互作用,引起金红石表面电子结构的变化,费米能级降低,表面功函数增大,使电子的离去更加困难,从而使其抗腐蚀能力增强,同时,表面负电荷增加,抑制了Cl~-离子在氧化物表面的吸附,抗点腐蚀的能力也得到了提高,从理论上对实验事实进行了解释。 采用原子吸收光谱,对经机械抛光处理和表面氧化处理的NiTi合金分别测试其镍离子的释放速率,结果表明,经表面氧化后,镍离子的释放速率大约比机械抛光的样品降低了一个数量级。这进一步说明表面氧化使NiTi合金的抗腐蚀能力得到增强,毒性离子的释放量减少。 选取金红石和锐钛矿两种常见的TiO_2晶体结构,针对一定的原子簇模型,分别进行镍扩散的可能性的理论研究工作。镍与氧之间的键级、表面电荷分布、费米能级、态密度和能量的计算结果显示,当合金表面生成TiO_2金红石结构时,镍的释放将比表面生成锐钛矿结构受到更强的阻碍,为今后NiTi合金表面氧 化膜的制备提供了理论上的指导。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TG174.4

【引证文献】
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1 雷兴江;不同官能化的等离子体聚合薄膜的制备及性能研究[D];西南交通大学;2011年
2 周俊;医用NiTi形状记忆合金的化学法表面改性研究[D];东南大学;2006年
3 许帅;化学镀CoNiWP薄膜的工艺与磁性能研究[D];武汉理工大学;2007年
4 卢守栋;NiTi合金电化学抛光与氧化复合表面改性研究[D];大连理工大学;2009年
5 杨萌蕾;多孔NiTi形状记忆合金的高温氧化和化学氧化表面改性研究[D];华南理工大学;2010年
【参考文献】
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1 王继芳,卢世璧,徐仕琦,杨永生,郭锦芳,李平,赵祖德;钛镍合金动物组织埋藏实验报告[J];北京生物医学工程;1992年02期
2 曾晟宇,赵乃勤,崔振铎,朱胜利,杨贤金;金属生物材料表面改性研究的进展[J];材料保护;2000年01期
3 赵兴科,王中,蔡伟,赵连城;TiNi合金化学抛光工艺及其对耐蚀性的影响[J];材料保护;2001年01期
4 李国希 ,刘晓春 ,吴翠兰 ,靳九成 ,史维东;离子注入Mo~+或Zr~+提高钛在酸性氯化物中的耐蚀性[J];材料保护;2001年10期
5 白书欣,张虹;离子注入技术及其在材料科学中的应用[J];材料导报;1997年06期
6 魏斌,费敬银;钛合金生体材料及其表面改性[J];材料导报;2000年07期
7 肖帆,袁俊,王小祥;表面氧化对TiNi形状记忆合金耐腐蚀性能的影响[J];材料科学与工程;2000年01期
8 李浩莹,陈运法,谢裕生;可生物降解的医用高分子矫形材料[J];材料科学与工程;2000年02期
9 万怡灶,王玉林,成国祥,姚康德,陶海明,辛景义,温廷益;生物材料伴生感染——研究与对策[J];材料科学与工程;1998年04期
10 梁成浩,郭亮,陈婉;Hank's人工模拟体液中离子注氮对4种植入金属材料腐蚀行为的影响[J];稀有金属材料与工程;2002年04期
【共引文献】
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1 肖建华;形状记忆聚合物[J];工程塑料应用;2005年01期
2 王锐;高峰;何晓雄;;纳米技术在生物医学工程中的应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2006年05期
3 张群;生物矿化及其模拟应用[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2004年04期
4 张存信,刘洁;形状记忆不锈钢的研究进展[J];兵器材料科学与工程;2003年04期
5 史强军,王晓东,司乃潮;热处理对CuZnAl形状记忆合金塑性滞回耗能的影响[J];兵器材料科学与工程;2004年01期
6 徐桂芳,司乃潮,李玉祥;热处理工艺对铜锌铝形状记忆合金组织与滚动磨损性能的影响[J];兵器材料科学与工程;2004年04期
7 崔振铎,朱胜利,韩雅静,杨贤金;激光重熔NiTi合金表面组织与腐蚀行为[J];兵器材料科学与工程;2005年02期
8 黄作勤;刘雪峰;谢建新;;镍钛形状记忆合金线坯连续定向凝固温度场的数值模拟[J];北京科技大学学报;2006年06期
9 戴永雨,徐明;镍钛记忆合金种植体临床应用[J];北京口腔医学;1999年03期
10 胡海云;刘晶晶;邢修三;;生物材料的非平衡统计模型[J];北京理工大学学报;2006年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘晶晶;卫水爱;孙俊君;胡海云;邢修三;;生物材料的非平衡统计模型[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
2 朱如曾;;钱学森开创的物理力学之路[A];钱学森科学贡献暨学术思想研讨会论文集[C];2001年
3 王进 ;杨萍 ;陈俊英 ;冷永祥 ;万国江 ;孙鸿 ;赵安莎 ;黄楠;;P掺杂类金刚石薄膜的制备及生物学行为研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
4 杨大智;刘成龙;黄莹莹;齐民;;管腔内支架表面涂层的研究综述[A];2005年功能材料学术年会论文集[C];2005年
5 刘海卿;王学庆;刘淼;;Ti-50.75at%Ni形状记忆合金绞线超弹性试验研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(8)[C];2007年
6 向国权;程先华;;马氏体相变温度变化对TiNi合金磨损性能的影响[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(10)[C];2007年
7 王文利;王岩;曲宏岗;;形状记忆功能纺织品的研究与应用[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
8 李璟;金明;田东艳;;NiTi形状记忆合金纤维拔出中的一个力学问题[A];北京力学学会第12届学术年会论文摘要集[C];2006年
9 徐可为;;羟基磷灰石生物涂层的制备及其生物与力学相容性设计[A];材料科学与工程技术——中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年
10 董和泉;国子明;任忠鸣;李重河;;耐火材料在钛合金制备中的研究进展[A];2008年耐火材料学术交流会论文集[C];2008年
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1 魏洪源;原子分子在δ-Pu上的吸附、离解与扩散过程研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 柯常波;NiTi形状记忆合金中Ni_4Ti_3相沉淀行为的相场法模拟研究[D];华南理工大学;2010年
3 刘强;基于优化血液相容性的生物医用金属材料表面设计与改性[D];江苏大学;2010年
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5 刘福娟;聚乳酸/乙醇酸共聚物(PLGA)仿生细胞外基质的制备、表征及其与蛋白界面交互作用的研究[D];东华大学;2010年
6 宋小梅;纳米结构TiO_2光电复合薄膜的协同效应[D];浙江大学;2010年
7 陈伟;过渡金属氮化物和硼化物的第一性原理研究[D];浙江大学;2010年
8 张琰;东方蝼蛄耦合特性、运动学建模及其功能仿生研究[D];吉林大学;2011年
9 姜金华;介观结构无机生物材料的合成及其性能研究[D];吉林大学;2011年
10 颜钦;基于SMA的仿生柔性鱼鳍三维运动机理与实验研究[D];中国科学技术大学;2011年
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1 叶伟;聚乳酸纤维(材料)抗水解性能的研究[D];浙江理工大学;2010年
2 潘明利;重组胶原蛋白调控钛表面仿生矿化的研究[D];浙江理工大学;2010年
3 冯亚亚;SMA半主动隔震支座的研制及其减震效果分析[D];辽宁工程技术大学;2009年
4 王迪;应用SMA复合支座的层间隔震结构体系及其地震响应分析[D];辽宁工程技术大学;2009年
5 王奇;SMA-粘滞阻尼器及其在框架结构中的减震研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
6 曾亮;纳米羟基磷灰石表面改性及其增强PCL复合材料性能研究[D];湘潭大学;2010年
7 郑兵;Fe_3O_4/聚乳酸基聚氨酯纳米复合形状记忆材料的制备及性能研究[D];华东师范大学;2011年
8 初丽娜;有机小分子化合物在金红石TiO2表面吸附及迁移机理的研究[D];华东理工大学;2011年
9 何寒;取向硅钢中铜硫化物析出形式及其固溶的基础研究[D];昆明理工大学;2010年
10 杨国建;醇水体系中钙盐的仿生合成[D];烟台大学;2010年
【同被引文献】
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1 孙榆芳,杨德钓,孙冬柏,师玉英;络合剂对Ni-P化学镀层耐蚀性的影响[J];北京科技大学学报;1994年S1期
2 张恒华,魏绍琴;化学镀镍磷合金沉积速度的研究[J];表面技术;1998年03期
3 屠振密,李宁,黎德育,翟淑芳,张景双,潘莉;化学镀钴-磷基多元合金的研究现状[J];表面技术;2003年01期
4 胡文娟;谢芬艳;付亚波;陈强;蔡惠平;翁静;;等离子体合成胺基生物功能薄膜的研究[J];包装工程;2008年10期
5 黄文秀,朱绍峰;化学镀钴磷合金中磷的测定[J];材料保护;2002年03期
6 李明高;孙大谦;邱小明;孙德新;殷世强;;TiNi形状记忆合金连接技术的研究进展[J];材料导报;2006年02期
7 关林波;但卫华;曾睿;米贞健;林海;但年华;陈驰;曲健健;叶易春;;明胶及其在生物材料中的应用[J];材料导报;2006年S2期
8 黄勇玲;医用记忆合金支架的研究[J];材料工程;1998年09期
9 姜淑文,齐民;生物医用多孔金属材料的研究进展[J];材料科学与工程;2002年04期
10 谢德明;药用合成可降解高分子材料研究[J];材料科学与工程学报;2004年04期
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1 张淑涛;血浆HCY、CRP与原发性高血压及左室肥厚的相关性研究[D];大连医科大学;2007年
2 马丹;医用无镍不锈钢的血液相容性的研究[D];沈阳工业大学;2007年
3 魏南霞;有界空间中放电尘埃等离子体稳定性的研究[D];西北师范大学;2007年
4 赵立臣;生物医用新型低弹性模量亚稳β钛合金的设计及性能研究[D];河北工业大学;2007年
5 杨志禄;抗凝血性等离子体聚烯丙胺薄膜的制备及性能研究[D];西南交通大学;2008年
6 王海波;促内皮化等离子体聚合薄膜的制备及生物学评价[D];西南交通大学;2009年
7 叶雅琴;生物医用聚氨酯材料的合成及改性研究[D];天津大学;2009年
【二级引证文献】
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1 孙学通;江鸿杰;杨萌蕾;关锐峰;张新平;;多孔NiTi记忆合金化学氧化和热氧化表面改性的对比研究[J];功能材料;2011年08期
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1 邱德亮;NiTi合金表面生物活性涂层的制备与表征[D];中国海洋大学;2011年
【二级参考文献】
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1 翁端,李西峰,马春来;离子束辅助沉积技术在腐蚀与防护中的应用[J];材料保护;1998年02期
2 陈明飞,黄金林,刘庆膂,张亚平,高家诚;激光熔覆制备新型梯度植入材料[J];材料导报;1996年01期
3 白书欣,张虹;离子注入技术及其在材料科学中的应用[J];材料导报;1997年06期
4 柳襄怀;我国材料表面处理新技术的发展及前景[J];材料导报;2000年01期
5 黄立业,憨勇,徐可为;电结晶法制备羟基磷灰石生物涂层的研究[J];材料科学与工程;1997年03期
6 李佐臣,李常亮,裘松波,汪大林,郭天文;外科植入TAMZ合金生物学评价[J];稀有金属材料与工程;1998年01期
7 张亚平,高家诚,文静;铁合金表面激光熔凝一步制备复合生物陶瓷涂层[J];材料研究学报;1998年04期
8 王迎军,赵子衷,宁成云,李尚周,高能先,黄瑞福,马利泰,冯景伟;生物活性梯度涂层的显微结构与附着强度[J];材料研究学报;1999年01期
9 杨贤金,崔振铎,赵乃勤,宋文静,曾晟宇,朱胜利,姚康德;Ca/P层对NiTi形状记忆合金生物相容性的影响[J];材料研究学报;2000年05期
10 张亚平,高家诚,谭继福,邹至荣;激光熔覆生物陶瓷复合涂层[J];材料研究学报;1994年01期
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1 李启全,祁珊,王世栋;NiTi形状记忆合金超弹性的研究现状[J];上海有色金属;2003年04期
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3 ;NiTi形状记忆合金及其应用开发[J];金属功能材料;1997年01期
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2 袁振宇;朱清;;NiTi合金在主动脉支架中的应用概述[A];中国生物医学工程学会成立30周年纪念大会暨2010中国生物医学工程学会学术大会青年优秀论文[C];2010年
3 张虎;;定向凝固NiTi-Al合金的组织性能研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
4 谢焕文;蔡一湘;刘辛;骆接文;;气流雾化法制备NiTi形状记忆合金粉末[A];2009全国粉末冶金学术会议论文集[C];2009年
5 王海林;康国政;阚前华;;形状记忆NiTi合金应力循环变形行为的实验研究[A];四川省力学学会2008年学术大会论文集[C];2008年
6 阚前华;康国政;;超弹性NiTi合金在球形压痕下的临界载荷分析[A];四川省力学学会2010年学术大会论文集[C];2010年
7 李强;于景媛;李春微;孙旭东;;燃烧合成法制备的多孔NiTi合金表面改性研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
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3 李强;多孔NiTi形状记忆合金的制备和表面改性研究[D];东北大学;2008年
4 柯常波;NiTi形状记忆合金中Ni_4Ti_3相沉淀行为的相场法模拟研究[D];华南理工大学;2010年
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10 崔振铎;生物医学用镍钛形状记忆合金激光表面改性的研究[D];天津大学;2003年
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6 邱德亮;NiTi合金表面生物活性涂层的制备与表征[D];中国海洋大学;2011年
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9 洪海侠;凝胶注模成形制备多孔NiTi合金的研究[D];中南大学;2013年
10 阳生有;应变率对NiTi形状记忆合金力学性能的影响研究[D];北京交通大学;2012年
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