激光干涉制备人工髋关节仿生微纳结构表面技术的研究

发布时间：2017-04-05 01:19

  本文关键词：激光干涉制备人工髋关节仿生微纳结构表面技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自然界中动植物在进化过程中体表形成的特殊织构给了人类很多启发。尤其是织构阵列减小摩擦技术领域。通过研究现有生物的表面微纳结构来开发新技术,即用仿生学原理实现表面仿生微结构的制备,将会为现有医学、工业、军事等日常生活的各个领域提供新原理、新方法、开拓新途径。本文结合表面织构与摩擦的关系,以人工髋关节材料-钴铬钼合金为研究对象,利用激光干涉光刻在钴铬钼合金表面制备微纳仿生微阵列结构。采用不同的激光参数对钴铬钼合金材料进行表面改性,通过激光瞬时高温使材料表面熔化形成高度有序的酒窝阵列结构。改变激光参数,如曝光时间、能量密度、偏振态、入射角等,制备不同周期、深度的阵列图形。利用RTEC摩擦磨损试验机和MH-60显微硬度计对样品激光干涉光刻表面改性前后的摩擦磨损性能以及硬度参数进行评价。同时对表面改性前后的样品进行生物相容性评价。实验结果显示,激光织构化处理使Co-Cr-Mo材料摩擦副摩擦系数由0.291降低到0.120,摩擦性能优化64%。同时,硬度值提高到556 HV,硬度性能优化40%。激光干涉光刻改性后,酒窝微织构样品在一定程度上具有抑菌效果且钴铬钼材料本身的生物相容性未发生改变。本文为人工髋关节摩擦学性能的优化、使用寿命的延长、硬度参数的提高提供了理论依据,属于对现有人工髋关节性能的优化。
【关键词】：激光干涉光刻 人工髋关节 摩擦性能 硬度性能 生物相容性
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.17;TN249
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 课题背景及研究的意义8-13
• 1.1.1 生物材料、人工关节8-10
• 1.1.2 人工关节的分类10-11
• 1.1.3 人工关节材料11-13
• 1.2 图案化仿生微织构在摩擦学领域的研究进展13-16
• 1.3 激光干涉光刻技术在织构化表面应用16
• 1.4 本课题的主要研究内容16-18
• 第二章 激光干涉光刻制备人工髋关节图案化表面酒窝微阵列物理模型18-25
• 2.1 引言18
• 2.2 激光干涉技术原理18-19
• 2.3 激光干涉光刻在人工髋关节表面制备图案化酒窝微阵列工艺过程19-22
• 2.3.1 金属的激光加热理论模型19-20
• 2.3.2 激光干涉光刻制备酒窝微织构阵列的理论模型20-22
• 2.4 激光干涉光刻制备酒窝微织构阵列减摩擦理论模型22-23
• 2.5 本章小结23-25
• 第三章 激光干涉光刻表面图案化酒窝阵列对Co-Cr-Mo合金摩擦学性能的影响25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 实验材料及设备25-27
• 3.3 搭建光刻系统27-28
• 3.4 样品制备及表征28-32
• 3.5 摩擦磨损实验32
• 3.6 实验结果与讨论32-35
• 第四章 激光干涉光刻表面图案化酒窝阵列对Co-Cr-Mo合金硬度性能的影响35-43
• 4.1 引言35
• 4.2 接触角测定35-37
• 4.3 显微硬度测定37-38
• 4.4 实验结果与讨论38-43
• 第五章 激光干涉光刻表面图案化酒窝阵列对Co-Cr-Mo合金生物相容性以及抑菌效果的影响43-49
• 5.1 引言43
• 5.2 样品制备与实验过程43-44
• 5.3 生物相容性评价44-45
• 5.4 细菌培养及抑菌性评价45-47
• 5.5 实验结果与讨论47-49
• 5.5.1 生物相容性实验47-48
• 5.5.2 细菌培养实验48
• 5.5.3 结论48-49
• 第六章 结论与展望49-51
• 6.1 主要结论49-50
• 6.2 展望50-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-55
• 攻读学位期间申请的发明专利和发表的学术论文55

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本文编号：286246