Закономерности формирования, структурные особенности и свойства покрытий на основе фосфатов кальция, полученных ВЧ-магнетронным осаждением

• Автор: Сурменева, Мария Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Содержание
Перечень принятых сокращений
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Биоматериалы и методы формирования биосовместимых покрытий
1.1. Материалы для биологии и медицины
1.1.1. Кальций-фосфатные материалы в биологии и медицине
1.1.2. Стеклокерамические биоматериалы
1.1.3. Гидроксиапатит: структура и свойства
1.1.4. Кремнийзамещенный гидроксиапатит
1.2. Методы формирования биосовместимых покрытий
1.3. Зародышеобразование и рост пленки
1.4. Механизмы роста тонких пленок
Глава 2. Оборудование для нанесения покрытий, материалы и методы исследований
2.1. Метод высокочастотного магнетронного распыления
2.1.1. Распыление многокомпонентных материалов
2.1.2. Установка ВЧ-магнетронного распыления и режимы напыления покрытий
2.2. Порошок для формирования мишени
2.3. Приготовление мишени
2.4. Подложки для формирования покрытия
2.5. Методы исследований
2.5.1. Оптическая эмиссионная спектроскопия
2.5.2. Эллипсометрический метод
2.5.3. Сканирующая электронная микроскопия
2.5.4. Рентгенофазовый анализ
2.5.5. Инфракрасная спектроскопия
2.5.6. Просвечивающая электронная микроскопия
2.5.7. Нанотвердость и модуль Юнга
2.5.8. Исследование адгезии методом scratch-test
2.5.9. Смачиваемость и гистерезис краевых углов
2.5.10. Определение биосовместимых свойств in-vitro

2.5.10.1. In-vitro тестирование в растворе, имитирующем плазму крови (simulated body fluid)
2.5.10.2. In-vitro тестирование в клеточной среде
2.5.11. Атомно-абсорбционная спектроскопия
2.5.12. Ультрафиолетовая спектроскопия
Глава 3. Исследование физико-химических свойств порошка и материала мишени
3.1. Синтез и исследование химического состава порошка Si-Г А
3.2. Исследование материала мишени
3.3. Выбор концентрации кремния
4. Особенности роста Si-КФ покрытия
4.1. Спектры оптического излучения плазмы
4.2. Исследование скорости роста Si-КФ покрытия
4.3. Показатель преломления Si-КФ покрытия
4.4. Элементный состав Si-КФ покрытия
4.5. Морфологические и структурные особенности Si-КФ покрытия
4.5.1. Влияние температуры подложки на морфологические и структурные особенности Si-КФ покрытия
4.5.2. Влияние смещения на морфологические, структурные и текстурные особенности Si-КФ покрытия
4.5.3. Влияние смещения и температуры подложки на структуру и морфологию Si-КФ покрытия
Глава 5. Механические свойства и биологическая совместимость покрытия
5.1. Влияние параметров напыления на механические свойства покрытия
5.1.1. Нанотвердость и модуль Юнга Si-КФ покрытия
5.1.2. Адгезионная прочность покрытия
5.2. Смачивание поверхности и гистерезис смачивания
5.3. In vitro исследования покрытия
5.3.1. In vitro в Simulated body fluid (SBF)
5.3.2. In-vitro исследование Si-КФ покрытий в клеточной среде MG63
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Перечень принятых сокращений
ГА - гидроксиапатит;
КФ - кальций-фосфатный (кальций-фосфат);
ВЧ-магнетронное распыление - высокочастотное магнетронное распыление; МХС - механохимический синтез;
Si-ГА - кремнийзамещенный гидроксиапатит;
Si-КФ покрытие - кремнийсодержащее кальций-фосфатное покрытие;
ТКФ - трикальций-фосфат;
ЗП - заземленный подложкодержатель;
А - положение подложек “в зоне эрозии” мишени;
В - положение подложек “вне зоны эрозии” мишени;
ИК-спектроскопия - инфракрасная спектроскопия;
ЭДРА - энергодисперсионный рентгеновский анализ;
РФА - рентгенофазовый анализ;
ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия;
А АС - атомная абсорбционная спектроскопия;
Са/Р - отношение кальция к фосфору;
Ca/(P+Si) - отношение кальция к сумме фосфора и кремния;
Е - энергия частицы;
Н- нанотвердость;
Еу - модуль Юнга;
We - величина упругого восстановления;
АЭ - акустическая эмиссия;
СЭП - свободная поверхностная энергия;
SBF - simulated body fluid; п - показатель преломления;
ОКР - область когерентного рассеяния; отн. ед. - относительные единицы; абс. ед. - абсолютные единицы.

*? *? 9 V' 9т*т'с?*?? V'? ?''?*?'? 9'? *?
сб с-бсно о>6
зЯ? & & & #
& &
:;>< >.,-у ас>- С, --'V :-СО»СС<: :>": ОООО 0*00*0

Рисунок 1.6 - Схема процесса начального этапа образования пленки на подложке: а) при низкой и б) при высокой плотности потока атомов [85]
Происходит коалесценция островков с образованием структурных зародышей новой фазы. По различным теоретическим представлениям размер структурных зародышей довольно значительно различается. Образуются каналы свободной поверхности подложки за счет смыкания между собой структурных зародышей с дальнейшим формированием кристаллической структуры покрытия. Возникают отдельные поверхностные поры без покрытия, которые перекрываются в последнюю очередь с образованием сплошной пленки. Происходит конденсация последующих слоев пленки, которая в конечном итоге при продолжении процесса переходит в трехмерное образование. На этом этапе слои осаждаются, в принципе подчиняясь тем же закономерностям, что и первичные.
1.4. Механизмы роста тонких пленок
Режим начального роста тонких пленок определяется связью между подложкой и пленкой и поэтому свободная энергия поверхности и границ раздела используются для описания начальных стадий формирования пленки. Если зародыш представить в виде капли лежащей на поверхности, то условия равновесия определяются уравнением Юнга:
уБУ = уРБ + уРУхСоя(0), (1.2)
где уБУ, уРЭ и уРУ - это свободные энергии границ: подложка-пар, пленка-подложка и пленка-пар, соответственно, а 0 - угол смачивания капли. При значительном смачивании 0—>-0 и, следовательно, уБУ = уРБ + уРУ, а режим роста будет послойным (режим Франка-Ван дер Мерве). Данный