[發明專利]一種醫用鈦合金表面還原氧化石墨烯復合薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201110457923.6
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102534575A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 程先華;李鵬飛;王傳英;程海正;疏達
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C23C18/16
• 分類號: C23C18/16;C23C18/18;C23C18/12;C23C18/04;B05D5/08
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術領域

本發明屬于薄膜制備領域，涉及的是一種石墨烯復合薄膜的制備方法，尤其涉及一種在醫用鈦合金片表面制備硅烷-還原氧化石墨烯復合薄膜的方法。

背景技術

鈦合金具有較低的彈性模量、優異的耐腐蝕性能和生物相容性，是理想的生物醫用材料。目前臨床廣泛使用的材料以鈦金屬和Ti₆Al₄V合金為主，近年研究開發了多種性能優越的新型醫用“α+β”和“β”型鈦合金。鈦合金的摩擦系數大、耐磨性差，限制了其在工程上的應用范圍，鈦金屬及其合金不良的摩擦性能與其金屬固有的特性有關，對鈦合金進行表面處理，在其表面形成耐磨薄膜，延長材料的使用壽命就顯得非常重要。

石墨烯是單原子厚度的碳原子層，近年才被發現的二維碳原子晶體。它被認為是富勒烯、碳納米管、石墨的基本結構單元，因其力學、量子和電學性質特殊，頗受物理和材料學界重視。除了電學性能優異外，石墨烯的抗拉強度和彈性模量分別為125GPa和1.1TPa，其質量輕，導熱性好(～3000W/(m·K))，且比表面積大(2600m²/g)，是已知材料中強度和硬度最高的晶體結構。因此采用石墨烯對材料表面進行鍍膜將大大提高材料的力學和摩擦學性能。但是石墨烯本身具有極強的穩定性，不易與基體材料結合成穩定的薄膜。因此，先選擇含大量活性基團的氧化石墨烯材料，采用浸潤法制備自組裝氧化石墨烯復合薄膜，再經過熱還原方法消除薄膜表面剩余的活性基團，可以制備具有高強度和耐磨性的還原氧化石墨烯薄膜，其強度和硬度接近于石墨烯，并具有良好的摩擦學性能。

另一方面，將鈦合金表面羥基化之后，采用自組裝方法先制備一層硅烷薄膜，可以使其表面擁有大量的活性基團，提高氧化石墨烯材料在鈦合金片表面的化學附著效率，以形成界面結合力良好的大面積的硅烷-還原氧化石墨烯復合薄膜。

醫用鈦合金表面硅烷-還原氧化石墨烯復合薄膜是一種全新的薄膜制備工藝，制備的薄膜預期擁有優秀的摩擦學性能。此工藝具有良好的理論研究價值和工程應用前景，為提高鈦合金表面耐磨性能提供了一條全新的途徑，目前尚未有相關技術公開報道。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種工藝方法簡單，成本低，對環境無污染的醫用鈦合金表面還原氧化石墨烯復合薄膜的制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種醫用鈦合金表面還原氧化石墨烯復合薄膜的制備方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟：

(1)將拋光、清洗后的鈦合金片放置在空氣中3～12h，使其表面生成完整的氧化膜，然后將鈦合金片放入0.1～5mol/L氫氧化鈉水溶液中浸泡20～120min，使鈦合金片表面羥基化；

(2)將表面羥基化的鈦合金片用蒸餾水清洗后，放入硅烷溶液中自組裝硅烷薄膜，時間為2～12h；

(3)將自組裝硅烷薄膜后的鈦合金片放入0.05～2mg/mL氧化石墨烯水溶液中，80℃恒溫水浴加熱12～24h，制得鈦合金表面的硅烷-氧化石墨烯復合薄膜；

(4)將步驟(3)制得的表面有硅烷-氧化石墨烯復合薄膜的鈦合金片放入烘箱中，通入氬氣保護氣，以1～3℃/s的速度加熱至200℃，保持總加熱時間為2～3h制得還原氧化石墨烯復合薄膜。

所述的硅烷溶液是指：先配置有機硅烷體積分數為3～8％的低級醇溶液，常溫下靜待5～10min后加入與機硅烷同等體積量的水。

所述的低級醇包括甲醇、乙醇、異丙醇或正丙醇，所述的有機硅烷選自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、(2-巰基丙基)三甲氧基硅烷、2-(3，4-環氧環己烷基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3，4-環氧環己烷基)乙基三乙氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、1，2-雙(三甲氧基硅基)乙烷、1，2-雙(三乙氧基硅基)乙烷或它們的混合物，所述的水為去離子水。

所述的低級醇優選乙醇。

與現有技術相比，本發明所述的鈦合金表面還原氧化石墨烯復合薄膜制備工藝，工藝方法簡單，成本低，對環境無污染。采用本發明方法制備的鈦合金表面還原氧化石墨烯復合薄膜顯著提高鈦合金的摩擦學性能，摩擦系數低，耐磨性能好。另外，本發明方法的制備過程均以溶液浸潤自組裝的形式，不僅適用于片狀鈦合金，還可用于各種復雜形狀的鈦合金的表面處理。

具體實施方式

以下通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步描述，但不構成對本發明的限定。

實施例1

所用的原材料包括：某公司生產的氧化石墨烯水溶液。