Si-N-O薄膜表面微图形的制备及对内皮细胞黏附行为的影响

采用光刻技术、湿法刻蚀在(100)硅片表面制备微米级沟槽图形结构, 并运用非平衡磁控溅射(UBMS)设备在图形表面沉积Si-N-O系薄膜, 最终得到Si-N-O薄膜表面微图形. 运用表面轮廓仪对微图形结构尺寸进行了表征, 采用X射线光电子能谱(XPS)对Si-N-O薄膜的成分结构进行了检测, 应用静态接触角测量评价了样品表面的亲疏水性, 运用体外内皮细胞粘附及Alamar blue实验评价Si-N-O薄膜表面微图形对内皮细胞粘附、取向及增殖等细胞行为的影响. 实验结果发现图形样品表面的内皮细胞数量和活性优于平面样品. 图形对培养1 d的内皮细胞取向有明显的引导作用, 细胞多沿与沟槽平行方向生长; 3 d后多数内皮细胞跨过沟槽区域相互融合, 细胞活性仍显著优于平面样品. 实验表明样品表面的微图形化可有效促进了内皮细胞在样品表面的附着与增殖生长.     

氧缺位对金红石型TiO2电子结构和血液相容性影响的理论计算与实验研究

从理论计算和实验验证两方面进行了氧缺位金红石型TiO_2-x薄膜的电子结构和血液相容性关系的研究. 基于局域密度泛函理论, 采用第一性原理方法计算了不同氧缺位浓度下金红石型TiO_2-x的电子结构. 计算结果表明, 在现实可行的氧缺位浓度范围内(小于或等于10%), 随着氧缺位浓度的增加, TiO₂的禁带宽度增大, 氧化钛的半导体类型由p型向n型转变. 不同氧缺位浓度下TiO₂的价带顶主要由O的2p轨道贡献, 导带底主要由Ti的3d轨道贡献. 氧缺位浓度的提高导致了 TiO₂导带底电子态密度的增加. 当材料与血液接触时, 氧缺位TiO_2-x薄膜的n型半导体和电子态占据导带底特征可抑制血液中纤维蛋白原向材料表面传递电荷, 进而抑制血小板的聚集和活化, 从而提高了金红石型TiO_2-x薄膜的血液相容性.     

Nb含量对Ti-Nb合金薄膜微观形貌与力学性能的影响

Ti-Nb合金薄膜因其形状记忆效应和良好的生物相容性引起广泛关注.本文通过调节Ti-Nb合金薄膜中的Nb含量,实现了对薄膜表面和横截面微观形貌、晶体结构、力学性能的调控.研究发现,随着Nb含量的增加,薄膜表面微观形貌从圆整颗粒状过渡到互相交织的针叶状;晶粒从贯穿横截面的柱状晶过渡到介于等轴晶和柱状晶之间的状态;薄膜晶体结构呈现出(211)β晶面逐步取代(103)α晶面并最终由β单相组成的演变过程. Ti-16Nb(原子百分比,下文同)和Ti-20Nb薄膜纳米压痕实验的加载曲线上出现pop-in现象,证实其存在超弹性,对应的马氏体相变临界载荷分别为1761和2247μN. Ti-20Nb薄膜由于相互交织的针叶状组织,其硬度值达到7.43±0.12 GPa,屈服强度提高至2.64±0.07 GPa.同时,β单相的晶体结构使得Ti-20Nb薄膜弹性能量回复率大幅提升至53.49%±0.94%,从而提高薄膜抵抗塑性变形的能力,可保证MEMS器件在使用过程中的控制精度,并延长其使用寿命.     

表面凹坑阵列陷光结构的光学衍射特征研究

表面凹坑阵列结构具有良好的陷光特性,能有效地降低电池表面的光能反射和延长光在电池吸收层中的光程,因此在光伏领域,特别是在硅薄膜太阳能电池中具有良好的应用前景.本文采用理论分析与实验验证相结合的方法,对凹坑阵列陷光结构的光学衍射特征进行研究,并讨论了凹坑阵列结构的衍射效应对硅薄膜太阳能电池吸收特性的影响.研究结果发现,凹坑阵列陷光结构的深宽比越大,其衍射效率越好,越有利于光的均匀散射,越有利于电池对入射光的吸收和电池效率的提升.另外,凹坑阵列结构的衍射特性还与入射波的波长有关,入射波长越长,其衍射效果越好.本研究对于高效表面陷光阵列的设计以及高效衍射效率光栅的制备具有重要的参考价值.     

Sol-gel法制备Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜及其性能

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Bi3.25La0.75Ti3O12 (BLT)薄膜.制备的BLT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构,而且表面平整致密.对700℃退火处理的BLT薄膜进行了铁电性能、疲劳特性和漏电流测试: 在测试电压为10 V时,剩余极化值2Pr大约是18.6 μC/cm2,矫顽电压2Vc大约为4.1 V;经过1×1010次极化反转后,剩余极化值下降了大约10%;漏电流测试显示制备的BLT薄膜具有良好的绝缘性能.室温下,在测试频率1 kHz时,薄膜的介电常数为176,介电损耗为0.046.     

人工心脏瓣膜材料的抗凝血性能和使用安全性研究

心脏瓣膜病严重威胁人类健康. 植入人工心脏瓣膜是挽救此类病人生命的可靠途径. 全世界已超过200万例植入了热解碳人工心脏瓣膜. 但人工心脏瓣膜植入体内后的凝血问题是国际医学界的一大难题. 本文综述报道用离子束技术对人工心脏瓣膜材料进行表面处理以改善其血液相容性及使用安全性的研究结果.     

海藻酸-纳米羟基磷灰石构建可降解原位成型水凝胶

可注射原位成型水凝胶支架材料能填充任意形状的缺损, 并在很大程度上降低植入对机体组织的侵入性, 且方便与药物和活性物质复合. 采用原位释放法将海藻酸钠与纳米羟基磷灰石复合构建了可降解的原位成型水凝胶, 体系的凝胶化时间10~15 min, 材料具有多孔结构, 孔径20~300 µm, 孔内及孔壁上有大量羟基磷灰石晶体连续均匀分布. 体内植入试验证明该水凝胶材料可实现原位成型且具有良好的细胞相容性和组织相容性.     

离子交换过程中掺铒磷酸盐玻璃波导表面保护的研究

对离子交换过程中掺铒磷酸盐玻璃波导表面的侵蚀现象进行了机理分析和实验研究,得出磷酸盐玻璃结构的弱稳定性、亲水性及磷酸根的弱酸性是造成其表面侵蚀的主要原因.提出镀K9玻璃薄膜的方法对其表面进行保护,实验研究表明K9玻璃薄膜不仅能够对掺铒磷酸盐玻璃起到保护作用,而且允许交换离子透过进入磷酸盐玻璃形成波导层.通过对不同K9玻璃薄膜厚度下离子交换波导的研究,得出其厚度在60～80nm的范围内保护效果最佳为下一步制备掺铒有源玻璃波导器件提供了良好的实验基础.     

Co原子浓度对Co-Mn-Si薄膜各向异性磁电阻及半金属性的影响

向原子比为2:1:1的Co-Mn-Si合金薄膜中掺杂Co原子,试图发现Co-Mn-Si合金薄膜半金属性的变化规律.通过制备系列不同成分Co-Mn-Si合金薄膜,并测试薄膜的各向异性磁电阻比.结果发现制备的Co50Mn Si薄膜具有良好的B2结构,杂质及缺陷数量少(剩余电阻比大),各向异性磁电阻比为负值,从而具有良好的半金属属性.随着Co原子浓度的增加,Co-Mn-Si薄膜B2结构取向度降低,剩余电阻比减小,各向异性磁电阻比增大,其半金属属性随Co原子浓度的增加被逐渐破坏.     

PT/PZT/PT铁电薄膜的电畴结构与极化保持特性

用Sol-Gel法制备出了具有良好铁电性、纯钙钛矿结构的PbTiO₃/Pb (Zr_0.3Ti_0.7)O₃/PbTiO₃铁电薄膜. 在扫描力显微镜的压电响应模式下, 薄膜电畴压电响应的振幅像和相位像都表现为亮暗(黑白)和灰度衬度. 其复杂的畴衬度可归因于晶粒的结晶取向和畴排列所致. 对于亮暗衬度区域, 对应着极化方向相反的c畴. 灰色衬度区域对应着偏离膜平面垂直方向的c畴. 电场力响应模式下经12 V极化后测得的表面电势图显示, 电畴取向极化后, 薄膜表面将俘获正电荷. 这些俘获的正电荷, 使薄膜表面这一区域呈高电势的亮区. 在不同时间测得的表面电势图和表面电势线扫描信号可看出, 表面势将随着时间的变化而降低, 且强电场极化的区域, 15 min内表面电势下降迅速; 弱场极化的区域表面电势变化缓慢. 说明薄膜的极化保持特性与极化场强有密切的关系, 在合适的电场下, 薄膜极化后将会有较好的保持特性.     

具有高温稳定性的ZrAlN薄膜的合成

干磨可以造成工具表面的温度上升到800~1000℃. 因此, 能在如此高温度下为切削工具提供保护的膜层已成为研究的热点. ZrAlN由于Al元素的存在可能具有高温稳定的结构和机械性能. 用直流磁控溅射的方法合成了ZrAlN 薄膜. 利用XRD与纳米压痕仪分析了反应气体分压和基底偏压对薄膜结构、机械性能及其高温热稳定性的影响. 在最佳条件(基底偏压-37 V, N₂分压为2×10^-5 Pa)制备的ZrAlN薄膜具有平滑的表面且其硬度具有热稳定性. 在退火之后, 该薄膜的应力由2.2 GPa降至0.7 GPa. 薄膜的高温热稳定性可能与Al₂O₃和ZrO₂晶相的形成有着直接的联系.     

胶原一羟基磷灰石复合骨组织引导再生膜的细胞相容性实验研究

结合胶原纤维凝胶的形成和羟基磷灰石的原位生长制备了胶原一羟基磷灰石（COL-HA）复合骨组织引导再生膜，采用体外细胞复合培养法用成骨细胞对复合膜的细胞相容性进行测试。结果表明，细胞在复合膜表面生长形态良好。与对照膜（纯胶原膜和共混膜）相比，细胞在复合膜中显示最快的增殖速度和最强的碱性磷酸酶活性。制备的胶原一羟基磷灰石复合膜具有好的细胞相容性。     

Sol-gel法制备Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备了Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂ (BLT)薄膜. 制备的BLT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 而且表面平整致密. 对700℃退火处理的BLT薄膜进行了铁电性能、疲劳特性和漏电流测试: 在测试电压为10 V时, 剩余极化值2Pr大约是18.6 μC/cm², 矫顽电压2Vc大约为4.1 V; 经过1×10^{10次极化反转后, 剩余极化值下降了大约10%; 漏电流测试显示制备的BLT薄膜具有良好的绝缘性能. 室温下, 在测试频率1 kHz时, 薄膜的介电常数为176, 介电损耗为0.046.}     

PAH复合石墨氧化物分子沉积薄膜的制备及纳米摩擦学行为研究

用分子沉积技术制备了聚丙烯胺(PAH)/石墨氧化物(GO)多层分子沉积薄膜, 为了增大薄膜自身的结合强度, 采用加热的方式使其成膜动力发生转变. 用紫外光谱及原子力显微镜(AFM)考察了薄膜的微观结构及其纳米摩擦学性能. 结果表明, 薄膜能够有效降低玻璃表面的摩擦, 加热后薄膜成膜动力由静电结合转变为价键结合的形式, 同时摩擦力的变化取决于薄膜表面硬度和形貌.     

基于碳纳米管薄膜的吸附式气体传感器的研究

研究了低温低压化学气相沉积(LPCVD)法生长的多壁碳纳米管薄膜对气体的敏感性. 结果表明纯的多壁碳纳米管薄膜对气体没有明显的气敏特性, 而碳纳米管-二氧化硅复合薄膜表现出对甲烷、氢气和乙炔的敏感性. LPCVD法生长的多壁碳纳米管-二氧化硅复合薄膜由于Schottky结的形成而具有电容性, 被测气体在多壁碳纳米管表面发生化学吸附, 从而调节Schottky结处存在的空间放电区域而导致介电常数改变是其对气体敏感的主要原因.     

连续性血液净化治疗对重症急性胰腺炎患者内皮细胞通透性的影响

目的探讨连续性血液净化治疗对重症急性胰腺炎(severeacutepancreatitis,SAP)患者内皮细胞的作用.方法人脐静脉内皮细胞(HumanUmbilicalVeinEndothelialCells,HUVEC)按实验分组分别用16例健康对照组血清,38例 SAP患者连续性血液净化(ContinuousBloodPurificantion,CBP)治疗前、治疗6h、治疗20h血清体外干预脐静脉内皮细胞5h.transwell小室观察内皮细胞通透性变化,激光共聚焦显微镜观察 F actin应力微丝的表达及分布.结果 SAP患者 CBP治疗前内皮细胞通透性较健康对照组明显增高(P<0.01),CBP治疗6h、治疗20h后通透性均降低(P<0.05),但治疗20h组与治疗6h组相比,差异无显著性(P>0.05).激光共聚焦结果显示,与健康对照组相比,CBP治疗前 SAP患者内皮细胞 F actin应力微丝的数量及密度均明显增加,CBP治疗6h后,F actin应力微丝形成减少,治疗20h后减少更加显著.结论重症急性胰腺炎患者内皮细胞通透性明显增加,CBP治疗可以显著降低 SAP患者内皮细胞通透性,其机制可能与调节 F actin应力微丝形成与分布有关     

醋酸处理对TiO2薄膜亲水性的影响

本文用溶胶-凝胶法制备均匀透明的TiO2薄膜,在400℃锻烧2 h,再在一定浓度的醋酸中浸泡处理24 h,最后在300℃、400℃、500℃进行第二次热处理0.5 h.用X射线衍射、原子力显微镜、紫外-可见分光光度计表征了处理前后薄膜的晶相结构、表面形貌及薄膜的光学性能.研究了醋酸的浓度、避光时间及光照时间对薄膜亲水性的影响.实验表明：用醋酸浸泡处理后的薄膜亲水性明显提高.光谱及AFM分析表明,导致TiO2薄膜亲水性改善的原因是醋酸浸泡处理后的薄膜表面结构的发生了变化.醋酸的最佳浓度为1 mol/L.     

外延晶体硅薄膜太阳电池的器件模拟及性能优化的研究

由于晶体硅薄膜太阳电池兼有晶体硅太阳电池高效、性能稳定和薄膜电池低成本的优点,是最有可能取代现有晶体硅太阳电池技术的下一代薄膜电池技术.本文利用PC1D软件对外延晶体硅薄膜太阳电池进行了器件模拟.为了使模拟更接近真实的情况,我们采用了更符合实际情况的器件结构和参数设置.在此基础上,全面系统地研究了背表面场（back surface field,BSF）层、基区和发射区参数、晶体硅活性层电学质量、电池表面钝化情况、电池内部复合情况和pn结漏电情况等对外延晶体硅薄膜太阳电池光电性能的影响.在影响外延晶体硅薄膜太阳电池效率的众多因素中,辨认出对电池效率影响幅度最大的3个参数依次是基区少子扩散长度、二极管暗饱和电流和正表面复合速度.通过模拟还发现,基区不是越厚越好,基区厚度的选择必须要考虑基区少子扩散长度的值.当基区少子扩散长度较小时,基区的最佳厚度应小于或等于基区少子扩散长度;当基区少子扩散长度较大时,基区少子扩散长度应至少是最佳基区厚度的2倍.此外,本文不但对模拟结果的现象进行了描述,还深化解释了其变化的物理机制.由于外延晶体硅薄膜太阳电池在器件结构上与晶体硅太阳电池具有很大的相似性,所以本文的结论在某种程度上对晶体硅太阳电池特别是当下研究最热门的薄硅片太阳电池也是适用的.     

LaNiO3底电极上Bi4Zr0.5Ti2.5O12薄膜的制备及性能

利用Sol-gel法在p-Si(111)衬底上制备了LaNiO₃底电极, 再利用Sol-gel法在LaNiO₃底电极上制备出Bi₄Zr_0.5Ti_2.5O₁₂(BZT)铁电薄膜, 对其微观结构和电学性能进行了研究. 利用X射线衍射仪、原子力显微镜和扫描电镜观测其微观结构, 发现制备的BZT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 并且薄膜表面晶粒尺寸均匀, 结晶情况良好. 对Pt/BZT/LaNiO₃电容结构进行了铁电性能研究, 在测试电压为25 V时, 2Pr和2Vc分别达到28.2 μC/cm²和14.7 V; 经过1×10¹⁰次极化反转后, 剩余极化值下降了大约13%; 室温下, 在测试频率1 kHz时, 薄膜的介电常数为204, 介电损耗为0.029; 漏电流测试显示制备的BZT薄膜具有良好的绝缘性能; C-V曲线为顺时针方向回滞, 存储窗口大约为3.0 V, C-V特性测试显示这种Pt/BZT/LaNiO₃结构有望实现极化型存储.     

颗粒污染诱导薄膜元件产生激光损伤

采用Nd:YAG单纵模调Q激光器,研究了溶胶-凝胶SiO_2薄膜表面颗粒污染对激光辐照损伤的影响.实验表明当膜面存在颗粒时,激光破坏阈值明显降低.尤其是前表面颗粒,最容易诱导损伤,损伤斑中央处基底的烧蚀很严重,且伴有环状变化.从损伤形貌来看,污染后的薄膜更容易出现场致损伤和基底破坏.为了深入研究这一现象,采用了电磁波时域有限差分(FDTD)法对减反射薄膜表面的颗粒污染进行了模拟研究.结果表明,前表面颗粒的调制强度要大得多.颗粒污染诱导的调制最强区位于基底一侧一个波长内,容易诱发损伤.在元件体内,光强呈衰减趋势,在3倍波长深度后逐渐趋于稳定.颗粒物诱导激光损伤问题的量化,可为亚表面缺陷的检测和控制提供依据.