Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh

Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.Nghiên cứu chế tạo và tính chất lớp phủ cacbon giống kim cương DLC trên nền thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng trong y sinh.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ NGỌC TÚ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT LỚP PHỦ CACBON GIỐNG KIM CƯƠNG DLC TRÊN NỀN THÉP KHÔNG GỈ 316L ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ NGỌC TÚ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT LỚP PHỦ CACBON GIỐNG KIM CƯƠNG DLC TRÊN NỀN THÉP KHÔNG GỈ 316L ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH Ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 9520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đinh Văn Hải GS.TS Nguyễn Trọng Giảng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực chưa công bố cơng trình khoa học khác Những số liệu, bảng biểu, hình vẽ xuất phát từ nguồn tài liệu khác tác giả trích dẫn cách đầy đủ, đồng thời ghi rõ ràng nguồn gốc theo quy định Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả luận án Đỗ Ngọc Tú i LỜI CẢM ƠN Lời với lòng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn tới tập thể thầy hướng dẫn PGS.TS Đinh Văn Hải GS.TS Nguyễn Trọng Giảng dẫn quý báu định hướng nghiên cứu phương pháp luận trợ giúp tốt để tơi hồn thành luận án Tôi bày tỏ lời cảm ơn Đại học Bách khoa Hà Nội tạo môi trường học tập trợ giúp điều kiện nghiên cứu q trình tơi làm luận án Tơi gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy, cô Khoa Kỹ thuật vật liệu Trường Vật liệu Viện Vật lý kỹ thuật chia sẻ kinh nghiệm khoa học quý báu, giúp thực luận án Tơi gửi lời cảm ơn tới đồng nghiệp Trường Cơ khí - Ơ tơ, Khoa Cơng nghệ Hóa, Viện Cơng nghệ Haui- Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội hỗ trợ, động viên trình làm luận án Tôi gửi lời cảm ơn chân thành tới nhóm nghiên cứu PGS.TS Lê Văn Lịch hỗ trợ thực kỹ thuật mô máy tính LAB Tơi xin dành tình cảm đặc biệt đến gia đình, người thân tơi - người bên cạnh tiếp sức trình làm luận án Tác giả luận án Đỗ Ngọc Tú MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG .viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .ix MỞ ĐẦU .1 Chương TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÀNG CACBON GIỐNG KIM CƯƠNG .4 1.1 Màng cacbon giống kim cương .4 1.2 Phương pháp chế tạo 10 1.2.1 Lắng đọng hóa học plasma 10 1.2.2 Lắng đọng chùm ion 11 1.2.3 Hồ quang catôt 12 1.2.4 Bốc bay xung laze 13 1.2.5 Phún xạ .14 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 15 1.3.1 Nghiên cứu nước .15 1.3.2 Nghiên cứu giới .16 Kết luận chương 19 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20 2.1 Phương pháp mô động lực học phân tử 20 2.1.1 Động lực học cổ điển toán MD 20 2.1.2 Cơ học thống kê 21 2.1.3 Thế tương tác .23 2.1.4 Thuật toán xác định quỹ đạo nguyên tử mô MD 28 2.1.5 Điều kiện biên tuần hoàn 28 2.2 Kỹ thuật phún xạ 30 2.2.1 Cơ sở vật lý trình phún xạ 30 2.2.2 Phún xạ sử dụng nguồn điện áp chiều 33 2.2.3 Các thông số ảnh hưởng tới tốc độ lắng đọng màng 35 2.3 Phương pháp đo lường phân tích màng DLC 36 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X .36 2.3.2 Phổ Raman 36 2.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét .37 2.3.4 Phương pháp hiển vi lực nguyên tử 38 2.3.5 Phương pháp thử độ cứng 39 2.3.6 Phương pháp kiểm tra độ bám dính màng với .39 2.3.7 Phương pháp điện hóa đánh giá tính chất ăn mịn 40 2.3.8 Phương pháp đánh giá tính tương thích sinh học 41 Kết luận chương 42 CHƯƠNG MƠ PHỎNG Q TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN MÀNG CACBON GIỐNG KIM CƯƠNG TRÊN ĐẾ THÉP KHÔNG GỈ AISI 316L 43 3.1 Đặt vấn đề 43 3.2 Phương pháp mô 44 3.2.1 Xây dựng đế AISI 316L .44 3.2.2 Xác định vận tốc nguyên tử cacbon .46 3.2.3 Vị trí ban đầu nguyên tử cacbon giai đoạn tạo màng 47 3.2.4 Mơ hình mơ .48 3.3 Điều kiện mô 51 3.3.1 Hàm 51 3.3.2 Thiết lập điều kiện cân nhiệt 56 3.4 Kết thảo luận 57 3.4.1 Đánh giá ảnh hưởng điện áp phân cực đế 57 3.4.3 Đánh giá ảnh hưởng áp suất phún xạ 65 Kết luận chương 69 Chương THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .70 4.1 Chế tạo màng DLC phương pháp phún xạ 70 4.1.1 Quy trình tạo lớp phủ DLC thép AISI 316L 70 4.1.2 Chế độ thực nghiệm 71 4.2 Vật liệu thiết bị .71 4.2.1 Vật liệu .71 4.2.2 Thiết bị tạo màng DLC .72 4.2.3 Thiết bị đánh giá tính chất lý 73 4.2.4 Thiết bị đánh giá tính chất sinh hóa 76 4.3 Ảnh hưởng áp suất phún xạ 77 4.3.1 Phổ raman mẫu thép AISI 316L phủ DLC .77 4.3.2 Nhám bề mặt 78 4.3.3 Độ cứng mẫu phủ .79 4.3.4 Đánh giá khả bám dính màng với 80 4.4 Ảnh hưởng công suất phún xạ 81 4.4.1 Đặc điểm cấu trúc màng qua phân tích Raman 81 4.4.2 Sự ảnh hưởng công suất phún xạ tới chiều dày lớp phủ .82 4.5 Đánh giá khả chống ăn mòn DLC phủ lên thép AISI 316L 84 4.6 Đánh giá tương thích sinh học màng 86 4.6.1 Giá trị pH SBF sau ngâm mẫu DLC-316L theo thời gian 86 4.6.2 Đặc trưng bề mặt mẫu phủ ngâm dung dịch SBF .89 Kết luận chương 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA ḶN ÁN 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT a-C a-C:H a-C:H:Me a-C:Me AFM Atomsk CVD DLC DLC-316L EAM FCVA IBD IR LAMMPS MC MD MEMS MSIB OVITO PLC PLD RDF Hydrogen free amorphous carbon film Màng cacbon vô định hình khơng chứa hydro Hydrogenated amorphous carbon film Màng cacbon vơ định hình có chứa hydro Metal-doped amorphous carbon with Màng cacbon vơ định hình chứa hydrogen hydro cấy kim loại Metal-doped hydrogen-free Màng cacbon vơ định hình cấy amorphous carbon film kim loại, không chứa hydro Atomic Force Microscope Hiển vi lực nguyên tử Atom, Molecule, Material Software Kit Chương trình xây dựng tạo tệp liệu cho mô quy mô nguyên tử Chemical Vapor Deposition Lắng đọng pha hóa học Diamond-Like Carbon Màng cacbon giống kim cương Diamond-Like Carbon film on 316l Màng DLC phủ đế thép stainless steel substrate 316L Embedded Atom Method potential Thế theo mơ hình nhúng ngun tử Filtered cathodic vacuum arc Hồ quang chân không catôt chọn lọc Ion beam deposition Lắng đọng chùm ion Infrared Hồng ngoại Large-scale Atomic/Molecular Chương trình mơ động Massively Parallel Simulator lực học phân tử Monte Carlo Simulation Mô Monte Carlo Molecular Dynamic Simulation Mô động lực học phân tử Microelectromechanical system Hệ công nghệ vi điện tử Mass selected ion beam Kỹ thuật chùm ion chọn lọc The Open Visualization Tool Phần mềm hiển thị phân tích liệu đầu mơ động lực học phân tử Polymer-Like Carbon Màng cacbon giống polyme Pulsed laser deposition Lắng đọng laze xung Radial Distribution Function Hàm phân bố xuyên tâm RFPECVD Radio Frequency - Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition RMS SBF Root Mean Square Simulated Body Fluid SEM sp2 sp3 ta-C Scanning Electron Microscope sp2 hybridization sp3 hybridization UBM Unbalanced magnetron sputtering UHMWPE Ultra-high-molecular-weight polyethylene Ultrasonic Motor X-ray photoelectron spectroscopy X-ray Diffraction USM XPS XRD Tetrahedrally bound hydrogen-free amorphous carbon film Lắng đọng pha hóa học tăng cường plasma tần số vơ tuyến Giá trị trung bình bình phương Dung dịch mô dịch thể người Hiển vi điện tử quét Lai hóa sp2 Lai hóa sp3 Màng cacbon vơ định hình tứ diện có chứa hydro Kỹ thuật phún xạ từ trường không cân Nhựa polyetylen phân tử lượng siêu cao Động siêu âm Quang phổ điện tử tia X Nhiễu xạ tia X DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần dung dịch SBF .42 Bảng 3.1 Thành phần hóa học thép AISI 316L 44 Bảng 3.2 Số lượng nguyên tử ngun tố có đế 316L 45 Bảng 3.4 Động nguyên tử cacbon theo điều kiện áp suất phún xạ .50 Bảng 3.5 Các tham số hàm Tersoff sử dụng cho tương tác C-C 52 Bảng 3.6 Các tham số Tersoff/ZBL sử dụng cho tương tác Fe-C 52 Bảng 3.7 Các thông số hàm sử dụng cho tương tác Cr C .55 Bảng 3.8 Các thông số bậc hàm EAM 55 Bảng 3.9 Các thông số bậc hàm EAM 56 Bảng 4.1 Chế độ áp suất sử dụng trình phún xạ 71 Bảng 4.2 Chế độ cơng suất sử dụng q trình phún xạ 71 Bảng 4.3 Độ nhám màng màng DLC theo điều kiện áp suất khác 79 Bảng 4.4 Độ cứng mẫu DLC-316L theo điều kiện áp suất phún xạ .79 Bảng 4.5 Ảnh hưởng công suất tới chiều dày lớp phủ .83 Bảng 4.6 Thông số điện hóa màng DLC phụ thuộc vào điều kiện cơng nghệ 84