Формирование биоактивных покрытий методом ВЧ-магнетронного распыления мишеней сложного состава в атмосфере различных рабочих газов

Турсунханова, Рыскуль Болаткызы Отделение экспериментальной физики (ОЭФ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В работе исследовано влияние рабочего газа (Ne, Ar, Kr, Xe) на физико-химические, механические и биологические свойства покрытий, сформированных методом высокочастотного магнетронного распыления мишеней из гидроксиапатита. Установлено, что покрытия, сформированные в атмосфере Xe полностью аморфные, и имеют высокую адгезию к подложке. Также было установлено, что распыление мишеней ГАП в Ar и Kr приводит к образованию покрытий с близким к стехиометрическому соотношению Ca/P для ГАП. Покрытия, сформированные в Ne и Xe, имеют более высокое отношение Ca/P, чем стехиометрический ГАП.

Введение …………………………………………………………………………………………………………………… 14
1 Обзор литературы ………………………………………………………………………………………………… 16
1.1 Титановые имплантаты……………………………………………………………………………. 17
1.2 Фосфаты кальция ……………………………………………………………………………………… 19
1.3 Биоактивность и биосовместимость кальций-фосфатных покрытий . 20
1.4 Биосовместимые материалы на основе ортофосфатов кальция ……….. 23
1.4.1 Ортофосфаты кальция, полученные в водных растворах …………… 24
1.4.2 Высокотемпературные ортофосфаты …………………………………………….. 27
1.5 Методы осаждения кальций-фосфатных покрытий ……………………………. 28
1.5.1 Плазменное напыление ……………………………………………………………………. 28
1.5.2 Электрохимическое осаждение ………………………………………………………. 30
1.5.3 Электрофоретическое осаждение …………………………………………………… 31
1.5.4 Биомиметическое осаждение ………………………………………………………….. 32
1.5.5 Микродуговое оксидирование ………………………………………………………… 32
1.5.6 Высокочастотное магнетронное распыление ……………………………….. 35
2 Материалы и методы …………………………………………………………………………………………… 39
2.1 Подготовка образцов к напылению……………………………………………………….. 39
2.1.1 Формирование покрытий …………………………………………………………………. 41
2.2 Методы исследования ……………………………………………………………………………… 43
2.2.1 Сканирующая электронная микроскопия ……………………………………… 43
2.2.2 Атомно-силовая микроскопия ………………………………………………………… 43
2.2.3 Энергодисперсионная спектроскопия ……………………………………………. 44
2.2.4 Рентгеноструктурный анализ ………………………………………………………….. 44
2.2.5 Адгезионные свойства покрытий …………………………………………………… 44
2.2.6 Статистический анализ …………………………………………………………………….. 45
3 Результаты и обсуждение …………………………………………………………………………………… 46
3.1 Толщина и скорость осаждения покрытий …………………………………………… 46
3.2 Морфология покрытий ……………………………………………………………………………. 48
3.3 Элементный состав покрытий ………………………………………………………………… 49
3.4 Фазовый состав покрытий ………………………………………………………………………. 50
3.5 Нанотвердость и модуль Юнга покрытий ……………………………………………. 51
3.6 Адгезия покрытий…………………………………………………………………………………….. 52
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …. 55
4.1Введение ……………………………………………………………………………………………………… 55
4.1.1 Анализ конкурентных технических решений ………………………………. 55
4.1.2 Тенденции развития и сегментация мирового рынка изделий из
биоматерилов ……………………………………………………………………………………………………………57
4.1.3 Потенциальные потребители результатов исследования …………… 59
4.1.4 SWOT-анализ …………………………………………………………………………………….. 59
4.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования …………………………………………………………………………………………………………….61
4.2 Планирование научно-исследовательских работ ………………………………… 62
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования ……………………… 62
4.2.2 Организационная структура проекта …………………………………………….. 62
4.2.3 Определение трудоемкости выполнения работ ……………………………. 63
4.2.4 Разработка графика проведения исследования ……………………………. 64
4.3 Бюджет научного исследования …………………………………………………………….. 68
4.3.1 Затраты на расходные материалы…………………………………………………… 69
4.3.2 Основная заработная плата ……………………………………………………………… 69
4.3.3 Накладные расходы ………………………………………………………………………….. 72
4.3.4 Определение ресурсоэффективности исследования……………………. 73
5 Социальная ответственность ……………………………………………………………………………… 77
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности … 78
5.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя)
правовые нормы трудового законодательства. …………………………………………………..79
5.1.2Организация рабочего места оператора ЭВМ ……………………………….. 79
5.2 ………………………………………………………………… Производственная безопасность
……………………………………………………………………………………………………………………………………. 81
5.2.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов ………….. 82
5.2.2 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней
опасного и вредного воздействия и устранению их влияния при работе на
ПЭВМ и установке «Катод–1М». ………………………………………………………………………….82
5.2.3 Пожарная и взрывная безопасность……………………………………………….. 85
5.2.4 Организационные мероприятия обеспечения безопасности ……… 86
5.2.5 Требования безопасности при работе с газовыми баллонами …… 87
5.3 Экологическая безопасность ………………………………………………………………….. 88
5.4 Защита в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………………….. 89
5.4.1 Электробезопасность………………………………………………………………………… 89
Заключение ………………………………………………………………………………………………………………. 92
Список использованной литературы……………………………………………………………………. 93
Приложение А ……………………………………………………………………………………………………….. 103

В последние несколько десятилетий в научном сообществе
наблюдается значительный интерес к развитию биомедицинских
имплантатов, обусловленный высокой потребностью общества в разработке
материалов для восстановления тканей и органов человека [1].
Металлы и их сплавы нашли широкое распространение в
изготовлении медицинских имплантатов ввиду своих высоких прочностных
свойств [2]. Наиболее распространенными материалами, используемыми для
этих целей, являются нержавеющая сталь и титан. Они характеризуются
высокой механической прочностью, модулем упругости и низкой
токсичность. Существенным недостатком данного рода материалов является
низкая биологическая совместимость, однако данная проблема решается
путем формирования кальций-фосфатного (КФ) покрытия на поверхности
имплантата. В современной медицине наблюдается высокий спрос на
имплантаты для реконструктивной хирургии, в частности, на биоматериалы
ортопедического назначения. Их развитие и улучшение является важной
задачей для научного сообщества.
Существует множество методов осаждения КФ покрытий на
поверхность металлических имплантатов: золь-гель метод, плазменное
напыление, электрофорез, электрохимическое и биомиметическое осаждение,
микродуговое оксидирование, высокочастотное магнетронное распыление и
другие методы [3].
Одним из основных требований к покрытиям на металлических
имплантатах является их высокая адгезионная прочность, поэтому в данной
работе осаждение покрытий осуществлялось методом высокочастотного
магнетронного распыления (ВЧМР). К достоинствам метода можно отнести
высокую адгезионную прочность покрытия и возможность регулирования
химического состава осажденных покрытий путем варьирования
химического состава распыляемой мишени, атмосферы в камере, параметров
разряда [4].
Среди множества материалов, используемых для этих целей,
гидроксиапатит (ГАП, Ca10(PO4)6(OH)2) нашел наиболее широкое
распространение ввиду своей высокой биологической активности и
близости материала к составу минеральной части человеческой кости.
Минеральная часть человеческой кости представляет собой смесь КФ
материалов с преобладанием ГАП в своем химическом составе и содержит
в себе множество ионных замещений, таких как Mg2+, Sr2+, Si4+, CO2-3,,
Ba2+,Zn2+ и F-и т. д. [5,6]. В настоящее время проводится множество
исследований влияния таких ионных замещений на структуру ГАП, как
Sr2+, F-, Zn2+, Ce3+ и Ag+ [5–7].
Целью данной работы является исследование влияния рабочего газа
на физико-химические, механические и биологические свойства покрытий,
сформированных методом высокочастотного магнетронного распыления
мишеней из гидроксиапатита.
Для достижения данной цели в работе были поставлены
следующие задачи:
 проанализировать литературу, посвященную методу ВЧМР и
кальций – фосфатным материалам биомедицинского назначения;
 сформировать на поверхности титановых подложек кальций-
фосфатные покрытия методом ВЧМР в атмосфере различных рабочих газов
(Ne, Ar, Kr, Xe);
 исследовать морфологию, физико-химические, механические
свойства кальций – фосфатных покрытий;
 провести анализ, полученных результатов.
1 Обзор литературы

В результате проведенных работ, на поверхности титановых подложек
были сформированы кальций – фосфатные покрытия методом
высокочастотного магнетронного распыления мишени из гидроксиапатита в
атмосфере различных инертных газов (Ne, Ar, Kr, Xe) и исследованы их
физико-химические, механические и биологические свойства.
Установлено, что наибольшей скоростью осаждения из всех
исследуемых покрытий характеризуются КФ покрытия, сформированные в
атмосфере Ar и Kr. Наименьшая скорость осаждения КФ покрытий, была
отмечена у покрытий, сформированных в атмосфере Xe.
Показано, что атомный вес рабочего газа влияет на размер
кристаллитов и морфологию поверхности покрытий. Размер кристаллитов
покрытий увеличивается с увеличением атомного веса рабочего газа.
Не обнаружено значительного различия в элементном составе
покрытий, сформированных в атмосфере Ne, Ar, Kr и Xe. Однако распыление
мишеней ГАП в Ar и Kr приводит к образованию покрытий с близким к
стехиометрическому соотношению Ca/P для ГАП. Покрытия,
сформированные в Ne и Xe, имеют более высокое отношение Ca/P, чем
стехиометрический ГАП. Покрытия, сформированные в атмосфере Xe
полностью аморфные, и имеют высокую адгезию к подложке.
Выявлено, что наилучшие показатели из исследуемых групп образцов,
по жизнеспособности ММСК, показали образцы с тонкими аморфными
покрытиями, сформированными Xe.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Модифицирование поверхности полученного с помощью аддитивной технологии титанового сплава Ti-6Al-4V
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Изучение процессов термостимулированного и неравновесного выхода изотопов водорода из Pd, Ni, Pt, Zr, Ti
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)