tio薄膜的結(jié)構(gòu)及性能研究8

1、鈦氧膜的結(jié)構(gòu)及性能研究摘要：摘要：主要介紹關(guān)于鈦氧膜的能帶結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)以及鈦氧膜的生物相容性能和表面活性等問(wèn)題，還有鈦氧膜的化學(xué)處理方法。關(guān)鍵字：鈦氧膜結(jié)構(gòu)生物相容性表面活性TiO2有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)及化學(xué)性質(zhì)已廣泛用于電子、光學(xué)和醫(yī)學(xué)等方面。例如作為氧傳感器用于濕敏、壓敏元件及汽車(chē)尾氣傳感器；作為光催化劑可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的光催化降解具有殺菌、消毒和處理污水等作用；利用其親水親油的“雙親”特性可使鍍有鈦氧膜的物體具有自清潔作用從而達(dá)到防污

2、、防霧、易洗、易干等目的；而金紅石相鈦氧膜是很好的人工心臟瓣膜材料。對(duì)于TiO2的研究主要集中在制備、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用等方面。在TiO2性能方面的研究尤以對(duì)其生物相容性和光催化性能的研究最為豐富。TiO膜作為生物活性材料在生物體內(nèi)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定存在且不與生物組織發(fā)生物化反應(yīng)，即具有良好的生物相容性，但其缺點(diǎn)在于植入生物體內(nèi)后，不能有效地在材料表面形成有正常的細(xì)胞并維持長(zhǎng)期的活性。國(guó)內(nèi)外很多的研究者采用各種表面改性工藝方法，對(duì)材料表面進(jìn)行生

3、物活化或有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合等使材料表面掛帶—COOH、—OH、—NH2等反應(yīng)性基團(tuán)，然后通過(guò)形成共價(jià)鍵使生物分子如蛋白質(zhì)、多肽、酶和細(xì)胞生長(zhǎng)因子等固定在材料表面，充當(dāng)鄰近細(xì)胞、基質(zhì)的配基或受體，在材料表面形成一個(gè)能與生物體相適應(yīng)的過(guò)渡層，以達(dá)到活化鈦氧膜表面的效果。目前，對(duì)鈦氧膜的表面改性方法主要包括離子表面注入法，堿處理以及酸活化處理等方法。1氧化鈦的能帶結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)1.1氧化鈦的能帶結(jié)構(gòu)氧化鈦的能帶結(jié)構(gòu)如圖11所示［1］。以金紅石相為例

4、，銳鈦礦相的結(jié)構(gòu)基本與其一致。氧化鈦能帶結(jié)構(gòu)是沿布里淵區(qū)的高對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，3d軌道分裂為eg與t2g兩個(gè)亞層，但它們?nèi)强盏能壍?，電子占?jù)s和p能級(jí)；費(fèi)米能級(jí)處于s、p能帶和t2g能帶之間；最低的兩個(gè)價(jià)帶相應(yīng)于O2s能級(jí)。接下來(lái)6個(gè)價(jià)帶相應(yīng)于O2s能級(jí)，最低的導(dǎo)帶是由O3p產(chǎn)生生的，更高的導(dǎo)帶能級(jí)是由O3p產(chǎn)生的。利用能帶結(jié)構(gòu)模型計(jì)算氧化鈦晶體的禁帶寬度為3.0（金紅石相）、3.2（銳鈦礦相）。銳鈦礦型氧化鈦氧離子作立方最緊密堆積，鈦離子位

5、于八面體的空隙中，其配位數(shù)為6。銳鈦礦型氧化鈦的TiTi鍵距比金紅石的大，TiO鍵距小于金紅石型。這些結(jié)構(gòu)上的差異導(dǎo)致了兩種晶型有不同的質(zhì)量密度及電子能帶結(jié)構(gòu)。銳鈦礦型的質(zhì)量密度略小于金紅石型，禁帶寬度略大于金紅石型，其結(jié)構(gòu)圖如圖13所示。圖23銳鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)圖2鈦氧膜的生物相容性研究2.1生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料是一類(lèi)具有特殊性能、特種功能，用來(lái)對(duì)生物體進(jìn)行診斷、治療、修復(fù)或替換其病損組織、器官或增進(jìn)其功能的材料。這些材料通過(guò)長(zhǎng)期植

6、入、短期植入、表面修復(fù)分別用于硬組織和軟組織修復(fù)與替換。其研究是介于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料學(xué)和化學(xué)之間的交叉性邊緣學(xué)科，具有知識(shí)、技術(shù)密集的特點(diǎn)。生物醫(yī)用材料由于直接用于人體或與人體健康密切相關(guān)，對(duì)其使用有嚴(yán)格要求。首先要求具有較好的生物相容性，對(duì)人體無(wú)毒和無(wú)過(guò)敏反應(yīng)，對(duì)機(jī)體無(wú)免疫排異反應(yīng)。種植體不致引起周?chē)M織產(chǎn)生局部或全身性反應(yīng)，由于生物醫(yī)用材料必須和血液接觸，因此它應(yīng)具有抗凝血和抗血栓性能，不會(huì)引起血液凝固和溶血現(xiàn)象。其次要滿(mǎn)足相應(yīng)的

7、力學(xué)性能，這就要求它應(yīng)有良好的抗拉強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度及合適的彈性模量和硬度較好的耐磨損、耐疲勞等性能。再者材料的加工成形、價(jià)格適當(dāng)、操作方便、便于消毒滅菌也是必須考慮的。對(duì)于不同用途的材料，其要求各有側(cè)重。2.2鈦氧膜的生物活性按ISO（I0993）的解釋?zhuān)^生物相容性是指:生命體組織對(duì)非活性材料產(chǎn)生反應(yīng)的一種性能。一般是指材料與宿主之間的相容性，包括組織相容性和血液相容性。關(guān)于血液相容性，通常是從其抗凝血能力和不損傷