پوشش‌های زیست فعال به چه روش‌هایی روی سطح اعمال می‌شوند‌؟

پوشش‌های زیست فعال

پوشش­‌های زیست فعالی که در مطلب مربوط به پوشش‌­های زیست فعال به آنها اشاره شد، به رو‌‌ش‌­های متعددی قابل ایجاد هستند. این روش­‌ها شامل روش‌های شیمیایی هستند که چسبندگی کافی پوشش زیست فعال به زیرلایه دارند. پوشش‌­های تشکیل شده به کمک این روش­‌ها دارای خلوص بالایی هستند و عیوب ساختاری در آنها کمتر دیده می‌­شود. در ادامه به معرفی مهم ترین روش های ایجاد پوشش های زیست فعال پرداخته می شود.

پوشش­‌دهی به روش سل ژل

در این روش از اصل محلول­‌سازی و رسوب‌­دهی جامدات در مایعات امولسیون با استفاده از تغییر پارامترهایی مثل دما استفاده می­‌شود. برای اینکار، ابتدا از ماده‌­ای که می‌خواهد پوشش داده شود یک محلول تهیه می شود. سپس با حرارت دادن، این محلول تبدیل به یک ماده ژلاتینی می­‌شود. با ادامه حرارت دادن، مواد معلق در محلول روی ماده پذیرنده پوشش رسوب داده می­‌شوند. این رسوب می‌تواند به صورت یک لایه پیوسته باشد که در آن صورت یک لایه نانومتری تشکیل می‌شود.

پوشش‌­هایی که به این روش تولید می­‌شوند دارای تخلخل­‌هایی هستند که خواص آنها را ضعیف می‌­کند. در نتیجه باید میزان تخلخل آن­ها را کنترل کرد. فرآیند سل-ژل شامل واکنش­‌های شیمیایی برگشت­‌ناپذیر است. این واکنش‌­ها باعث تبدیل مولکول­‌های محلول هموژن اولیه (به عنوان سل) به یک مولکول سنگین سه بعدی پلیمری (به عنوان ژل) می‌شوند.

مهم­ترین مزیت این روش تهیه مواد در دمای پایین با هدف تهیه ترکیبات آلی-غیرآلی است. از مزایای دیگر این روش امکان زینتر مواد مختلف دردماهای پائین­‌تر است. یکنواختی در ترکیب از مزیت­‌های دیگر محصولات تولید شده به وسیله روش سل-ژل است زیرا مواد اولیه در مقیاس مولکولی هستند و به صورت محلول با یکدیگر مخلوط می‌شوند. علاوه بر این، به کمک روش سل- ژل امکان تهیه فیبرها و پوشش‌ها در سطح وسیعی از مواد جامد فراهم می‌شود که تولید آن­ها از طریق دیگر امکان­‌پذیر نیست.

پوشش‌­دهی به روش غوطه­‌وری

این روش بر پایه غوطه­‌وری زیرلایه درون محلول پوشش است. در این روش ماده پوشش باید به حالت محلول باشد. این امر به کمک انحلال ماه پوشش درون حلال مناسب یا ذوب نمودن ماده پوشش صورت می­‌گیرد. پس از آماده سازی سطح زیرلایه، نمونه درون حمامی از ماده پوشش غوطه‌­ور می­‌شود. این روش بر اساس نفوذ ماده پوشش درون ماده زیرلایه است. پارامترهای بسیاری روی ضخامت و کیفیت پوشش‌­دهی مؤثر هستند. از جمله این عوامل می­‌توان به نوع زیرلایه و ماده پوشش، درجه حرارت حمام، مدت زمان  و نرخ غوطه‌­وری درون محلول پوشش اشاره نمود.

پوشش‌دهی به روش رسوب­‌دهی فیزیکی فاز بخار 

یکی از روش‌های رسوب گذاری  می‌باشد که می‌تواند برای تولید فیلم‌های نازک و پوشش‌ها استفاده شود. فرایندی است که در آن ماده مورد نظر از یک فاز چگالنده به یک فاز بخار و سپس به فاز چگال نازک تبدیل می‌شود.

در این فرایند به علت برخورد یون‌های شناور در پلاسما به سطح ماده لایه نشانی شونده، اتم‌های موجود در سطح آن کنده شده و بر روی سطح ماده اصلی می‌نشیند و لایه نازکی بر روی سطح ایجاد می‌کند. دمای کاری در این فرایند بین ۱۵۰ تا ۵۰۰ درجه سانتی گراد و فشار کاری بین ۱۰–۲ تا ۱۰–۴ میلی بار می‌باشد.

به صورت کلی فرایند PVD به دو روش معمول تبخیر حرارتی و پاششی انجام می­‌شود. تبخیر حرارتی یک روش رسوب­‌گذاری است که با تبخیر مواد اولیه توسط حرارت دادن مواد با استفاده از روش‌های مناسب، تحت خلاء صورت می‌گیرد. پاشش (Sputtering) نیز روشی است که با کمک پلاسما انجام می‌­شود. در این روش بخار مواد پوشش از طریق بمباران با یون‌های گاز شتاب‌دهنده (گاز خنثی شامل نیتروژن یا آرگون) به وجود می‌آورد.

در هر دو روش تبخیری و پاششی، فاز حاصل از بخار به وسیله مکانیزم تراکم، بر روی بستر مورد نظر قرار می­‌گیرد. در رسوب­‌گذاری به­‌روش تبخیر فیزیکی، پوشش­‌ها روی سطوح جامد از طریق چگالش عنصرها و ترکیب­ها از فاز گازی تولید می­‌شوند. تبخیر در خلاء، عمومی‌­ترین روش تهیه لایه‌­های بسیار خالص و تحت شرایط نسبتا کنترل شده است. اصول این روش عموما بر اساس واکنش‌­های فیزیکی است. رسوب­‌گذاری به روش تبخیر فیزیکی شامل مراحل ذیل است که در اتمسفر خلاء انجام می‌­گیرد:

مراحل رسوب­‌دهی فیزیکی فاز بخار

الف) تبدیل ماده تبخیری به حالت گازی از طریق تبخیر یا تصعید و یا کندوپاش کاتدی

ب) انتقال اتم‌­ها (مولکول­‌ها) از چشمه تبخیر به زیرلایه، در فشار کاهش‌­یافته

ج) رسوب این ذره‌­ها روی زیرلایه

د) بازآرایی پیوند اتم‌­ها روی سطح زیرلایه

پوشش‌دهی به روش رسوب­‌دهی شیمیایی فاز بخار 

روش رسوب‌ شیمیایی فاز بخار مستلزم رسوب‌گذاری از فاز گازی است. مکانیزم این روش مانند رسوب­‌دهی فیزیکی فاز بخار است اما تفاوت­‌های بسیاری نیز با یکدیگر دارند. ماده پوشش آنقدر گرم می‌شود تا به صورت گاز درآید و سپس به صورت یک ماده جامد بر روی سطح و معمولاً تحت خلاء، رسوب‌گذاری انجام می­‌شود. در این روش، جسمی که قرار است پوشش داده شود در مجاورت با بخار شیمیایی قرار داده می‌­شود. ابتدا نخستین لایه از مولکول‌ها یا اتم‌ها ممکن است با سطح واکنش دهد یا واکنش ندهد. این مولکول­ها به عنوان بستری عمل می­کنند که ماده پوشش می‌تواند بر روی آن رشد کند.

ساختارهای پدید آمده از این مواد، اغلب در یک ردیف در کنار هم به خط می‌شوند، زیرا مسیری که اتم‌ها و مولکول‌ها در طی آن رسوب‌گذاری گردیده‌اند، تحت تأثیر مولکول‌ها یا اتم‌های همسایه‌ی آن‌ها قرار می­‌گیرد. اگر بستر یا سطح زیرلایه که رسوب‌گذاری بر روی آن انجام شده است، کاملا مسطح باشد، رشد سطحی به بهترین صورت انجام می‌شود. رسوب‌گذاری از طریق واکنش شیمیایی، ممکن است محصول تازه‌ای را به وجود آورد که با ماده‌ اولیه تبخیر شده تفاوت زیادی داشته باشد. در صورت حضور بخارات کربن یا اکسیژن در محیط، این فرآیند می­‌تواند نانو پودرهایی از اکسیدها و کاربیدهای فلزات را به وجود ‌آورد.

 

روش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی (PEO)

فرایند پوشش­‌دهی به روش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی به عنوان یک تکنولوژی نسبتاً جدید، مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست مطرح می‌­باشد. با استفاده از روش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی می­توان خواص مطلوب­تری را برای آلیاژهای سبک همچون تیتانیوم، آلومینیوم و منیزیم ایجاد نمود. پوشش­‌های PEO از چسبندگی و تراکم خوبی برخورداربوده و رسوب­‌دهی به این روش مزایایی همچون سرعت بالای رسوب‌­دهی، چسبندگی بالای پوشش و ایجاد پوشش‌­های نانوساختار نسبت به بقیه روش­‌ها را داراست.

در روش PEO از مواد شیمیایی مضری مانند اسیدها که برای تمیزکاری سطح بسیار متداول هستند، استفاده نمی‌شود. حضور افزودنی ­های درون الکترولیت موجب می­‌شود تا لایه اکسیدی به صورت لایه اکسیدی کامپوزیتی حاوی مواد افزودنی رشد نماید. این موضوع موجب بهبود خواص خوردگی و مکانیکی قطعه نهایی می‌‌شود. از این روش برای پوشش­‌دهی قطعات مورد نیاز در پزشکی همچون ایمپلنت­‌های ستون فقرات، ایمپلنت­‌های دندانی و غیره می­‌توان بهره برد.

روش PEO یکی از راه­های موثر برای اصلاح سطح ایمپلنت­‌ها با اشکال پیچیده است. همچنین، این روش پوشش­‌دهی برای آلیاژهای منیزیم که دارای نرخ خوردگی بالا بوده و بدون اصلاح سطحی در بدن قابل استفاده نیستند، مناسب است. با این روش می­توان لایه‌­های ضخیم، با زبری مناسب و متخلخل زیست سازگار را بر روی سطوح ایجاد نمود. به عنوان مثال، ایجاد پوشش سرامیکی زیرکونیا، پوشش سرامیکی-کامپوزیتی زیرکونیا-هیدروکسی آپاتیت بر روی تیتانیوم، ایجاد پوشش سرامیکی زیست‌­سازگار حاوی نانوذرات هیدروکسی آپاتیت بر روی تیتانیوم خالص تجاری به کمک روش PEO به طور موثری قابل انجام است.



پاسخی بگذارید