- آذر ۱۳, ۱۳۹۸
- ارسال شده توسط: سعید بیگی
- بخش: مقالات
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.