NiTi形狀記憶合金薄膜的制備及其在生物微機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著科技的飛速進(jìn)步，21世紀(jì)將成為生命科學(xué)、微電子技術(shù)、材料科學(xué)等交叉融合發(fā)展的黃金時(shí)代。應(yīng)運(yùn)而生的生物微機(jī)電系統(tǒng)（bio micro-electro-mechanical systems, BioMEMS），是一種能將復(fù)雜的醫(yī)學(xué)診療過程集成在微觀的空間中使其智能化、信息化的技術(shù)，目的是為人類提供更便捷、無痛苦、安全可靠的診療方法。NiTi形狀記憶合金是一種醫(yī)用金屬材料，具有獨(dú)特的形狀記憶和良好的生物相容性。制成薄膜后，它在保持形狀記憶

2、性能的同時(shí)，較大的比表面積還彌補(bǔ)了塊體形狀記憶材料溫度響應(yīng)效率低的缺點(diǎn)。因此，對(duì)NiTi薄膜在BioMEMS應(yīng)用的研究已經(jīng)開展并初具規(guī)模。本實(shí)驗(yàn)就NiTi薄膜的制備及在BioMEMS中的應(yīng)用做了一些基礎(chǔ)研究，具體如下： 1. 磁控濺射法制備NiTi形狀記憶薄膜，系統(tǒng)地研究并總結(jié)了濺射參數(shù)（功率、氣壓、基片和靶材）對(duì)薄膜成分、厚度及性能的影響。研究了NiTi薄膜及器件的光刻法加工工藝。 2. 用XRD法研究薄膜室溫組織的變

3、化，探討濺射參數(shù)及不同薄膜成分和熱處理?xiàng)l件對(duì)NiTi薄膜室溫組織和相變溫度的影響。得到的結(jié)論包括：薄膜的室溫組織隨著Ti含量的升高呈現(xiàn)從奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的過程，說明馬氏體相變的溫度隨著Ti含量的升高而升高；在本實(shí)驗(yàn)的條件下，薄膜濺射態(tài)擇優(yōu)形成了奧氏體（200）面取向的晶體。 3. 觀察薄膜的微觀形貌，探討了濺射參數(shù)對(duì)薄膜微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果包括：較高的濺射氣壓使薄膜形成了島狀的微觀結(jié)構(gòu)，使薄膜變得多孔疏松；濺射功率的降低使薄膜的

4、島狀結(jié)構(gòu)變得細(xì)密；基片的加熱可以使薄膜結(jié)構(gòu)致密化，在未加熱的基片上形成的薄膜多孔，且存在大量微裂紋。 4. 提出了一種以NiTi薄膜驅(qū)動(dòng)的生物微機(jī)電載藥元器件，實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放，并利用有限元模擬軟件進(jìn)行仿真模擬。本實(shí)驗(yàn)通過系統(tǒng)地研究和分析，有效調(diào)整了薄膜磁控濺射的工藝參數(shù)，從生長機(jī)制的角度討論了濺射參數(shù)對(duì)薄膜微結(jié)構(gòu)及性能的影響。提出一種以可控載藥為基礎(chǔ)的NiTi薄膜智能微型載藥元件的設(shè)計(jì)，為NiTi薄膜在生物微機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用開