九游娱乐平台：烟台大学任萍《JMST》：具有优异耐腐蚀性能以及生物相容性能的高熵合金薄膜
编辑：小编 日期：2025-02-18 15:08 / 人气：
利用纳米技术和复合材料在钛合金表面制备一层保护膜，能够实现对钛合金基底的有效保护，从而得到所需的高性能材料。高熵合金薄膜因其特有的四大核心效应，表现出了优异的耐磨性以及结构稳定性。然而，现如今大多数的高熵合金薄膜都在有意设计用来改善其微观结构、机械性能以及摩擦学性能，但它们的耐腐蚀性和生物相容性机制尚未得到深入研究。
为了进一步强化高熵合金薄膜，烟台大学任萍等人采用磁控溅射法在ZrNbTiCrCu高熵合金薄膜中构建了BCC+富铜相的双相沉积，显著提高了薄膜的耐腐蚀性和生物相容性。研究结果表明，ZrNbTiCrCu高熵合金薄膜具备优异的耐腐蚀性能。在一定的溅射条件下，薄膜表现出了高达95％的细胞活性以及接近99％的抗菌率。这种优异的耐腐蚀性能主要归因于薄膜表面钝化膜的形成，尤以双金属氧化物CuCrO2为主。同时由于富铜相的沉积，ZrNbTiCrCu高熵合金薄膜表现出了优异的生物性能。本研究通过一系列实验，建立了ZrNbTiCrCu高熵合金薄膜的结构和性能之间的关系，并系统地评估了薄膜的耐腐蚀性、生物相容性和抗菌性能。相关研究以题为“A significant improvement in corrosion resistance and biocompatibility in ZrNbTiCrCu high-entropy films induced by the precipitation of Cu”发表在Journal of Materials Science & Technology上。
生物医学材料的研究主要集中在开发优异的生物相容性和耐腐蚀的生物合金上。理想情况下，生物植入物应具有优异的生物相容性和耐腐蚀性能，且没有细胞毒性。为了寻求更好的金属生物材料，应从以下两个方面做出努力：(i) 获得具有足够机械和强度性能、防腐蚀、抗疲劳和无毒性的合金；(ii) 将生物活性薄膜溅射到合金表面。此种情况下，高熵合金薄膜成为“不二人选”，其因特有的四大核心效应集多种性能为一体，为高熵合金薄膜在生物工程应用中提供了新的思路。
作者通过调节不同的溅射参数，在适当的电流下获得了具有BCC和富Cu相结构的ZrNbTiCrCu高熵合金薄膜，显著提高了材料的耐腐蚀以及生物性能。由于Cu元素的引入，薄膜在模拟体液中的腐蚀电流密度达到4.0×10-7 A·cm-2，钝化膜内产生了一种新的CuCrO2双金属氧化物，大大提高了其耐腐蚀性。同时，使用L-929细胞研究了ZrNbTiCrCu高熵合金薄膜的细胞粘附和增殖行为，并讨论了薄膜的抗菌性及其机制。
图4、ZrNbTiCrCu高熵合金薄膜表面：(a) L-929细胞生长状态、(b) 细胞核荧光图像以及(c)细胞核数量和细胞存活率。
综上，作者初步探讨了ZrNbTiCrCu高熵合金薄膜的微观结构、硬度、耐腐蚀性、生物相容性和抗菌性能，证明了该薄膜在生物医学应用中的潜力。
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