医用钛合金表面石墨烯自组装复合膜的制备及生物摩擦学性能研究

医用钛合金需求面广量大，但其摩擦性能差且易磨损，限制了其应用。针对此问题，基于自组装膜制备技术，采用稀土对石墨烯进行改性，在医用钛合金表面制备稀土改性石墨烯复合膜并研究其生物摩擦学性能。研究稀土改性剂的成分、浓度和PH值等参数对石墨烯改性的影响，获得稀土处理氧化石墨烯最佳工艺；确定在钛合金表面制备石墨烯自组装复合膜的最佳工艺方法，探讨相对湿度、组装时间等工艺条件与石墨烯复合膜表面特征之间的演变规律；研究在人工仿真体液环境下不同载荷、滑动速度等试验参数与石墨烯复合膜的摩擦学性能之间的关系，建立复合膜的摩擦磨损模型，阐明钛合金表面石墨烯复合膜结构以及基体与复合膜所形成界面特征对石墨烯复合膜摩擦学性能的作用机理。本项目的完成可进一步发展在医用钛合金表面上制备稀土改性石墨烯自组装膜的新技术，为解决医用钛合金耐磨性差的问题提供有效途径，丰富纳米摩擦学理论。

医用钛合金需求面广量大，但其摩擦性能差且易磨损，限制了其应用。针对此问题，利用稀土独特的电子层结构和物理化学特性及石墨烯优异的机械性能，在钛合金及镀钛硅基片表面制备石墨烯单层薄膜及稀土改性石墨烯双层自组装薄膜。通过氨基硅烷与钛基体及氧化石墨烯(GO)层间产生的化学吸附，制备氧化石墨烯/氨基硅烷自组装薄膜，采用还原处理方法将GO薄膜还原成石墨烯单层自组装薄膜；通过稀土原子与羧基化石墨烯强的亲和力，两层羧基化石墨烯层膜间产生化学键合，获得稀土改性双层石墨烯自组装薄膜。两种薄膜的表面能低并具有优异润滑性能，可用于降低医用钛合金表面的粘着力及表面微摩擦、磨损。通过工艺试验及物化表征探讨了自组装薄膜的制备工艺方法及成膜机理，深入系统地研究了其宏观和纳米条件下的摩擦磨损性能，阐述了其磨损机理。本项目的完成为解决医用钛合金耐磨性差的问题提供了一条新途径，扩大了石墨烯及稀土在表面工程领域的应用，同时丰富了纳米摩擦学理论。