niti形状记忆合金薄膜的制备及其在生物微机电系统中的应用基础研究

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1、NiTi形状记忆薄膜的制备及其在生物微机电系统应用的基础研究摘要随着科技的飞速进步，21世纪将成为生命科学、微电子技术、材料科学等交叉融合发展的黄金时代。应运而生的生物微机电系统（biomicro-electro-mechanicalsystems,BioMEMS），是一种能将复杂的医学诊疗过程集成在微观的空间中使其智能化、信息化的技术，目的是为人类提供更便捷、无痛苦、安全可靠的诊疗方法。NiTi形状记忆合金是一种医用金属材料，具有独特的形状记忆和良好的生物相容性。制成薄膜后，它在保持形状记忆性能的同时，较大的比表面积还弥补了块体形状记忆材料温度响应效率

2、低的缺点。因此，对NiTi薄膜在BioMEMS应用的研究已经开展并初具规模。本实验就NiTi薄膜的制备及在BioMEMS中的应用做了一些基础研究，具体如下：1.磁控溅射法制备NiTi形状记忆薄膜，系统地研究并总结了溅射参数（功率、气压、基片和靶材）对薄膜成分、厚度及性能的影响。研究了NiTi薄膜及器件的光刻法加工工艺。2.用XRD法研究薄膜室温组织的变化，探讨溅射参数及不同薄膜成分和热处理条件对NiTi薄膜室温组织和相变温度的影响。得到的结论包括：薄膜的室温组织随着Ti含量的升高呈现从奥氏体向马氏体转变的过程，说明马氏体相变的温度随着Ti含量的升高而升高

3、；在本实验的条件下，薄膜溅射态择优形成了奥氏体（200）面取向的晶体。3.观察薄膜的微观形貌，探讨了溅射参数对薄膜微结构的影响。结果包括：较高的溅射气压使薄膜形成了岛状的微观结构，使I薄膜变得多孔疏松；溅射功率的降低使薄膜的岛状结构变得细密；基片的加热可以使薄膜结构致密化，在未加热的基片上形成的薄膜多孔，且存在大量微裂纹。4.提出了一种以NiTi薄膜驱动的生物微机电载药元器件，实现药物的可控释放，并利用有限元模拟软件进行仿真模拟。本实验通过系统地研究和分析，有效调整了薄膜磁控溅射的工艺参数，从生长机制的角度讨论了溅射参数对薄膜微结构及性能的影响。提出一种

4、以可控载药为基础的NiTi薄膜智能微型载药元件的设计，为NiTi薄膜在生物微机电系统的应用开拓并提供了新的思路。关键词：NiTi，形状记忆薄膜，生物微机电IISTUDYONTHEFABRICATIONANDAPPLICATIONOFNITITHINFILMSINBIOMEMSABSTRACTAstechnologyprogresses,itisgrowingthatthedemandonincorporationofadvancedsciencesandtechnologies,suchasbiology,microelectronic,material

5、science,etc.Asaresult,BioMEMS(biomicro-electro-mechanicalsystems)isemerging,whichcanintegrateandintelligentizethewholemedicalcareprocessfromdiagnosistosurgeryandmedicationintoaspaceofmicronmagnitudewiththepurposeofcreatingandprovidinganewtechnologyofconvenience,painlessnessandmor

6、esafety.Asaparticularkindofshapememoryalloy,NiTihasalreadywonitsfameinmedicalimplantswithexcellentbiocompatibilityinhumanbody.Nevertheless,thinfilmsofNiTicomplementetheshortageofbulkmaterialsinresponsefrequencywiththelargesurface-to-volumeratiowhilekeepingarelativelargerecoveryst

7、rainstemsfromSME(shapememoryeffect).Inthisthesis,thefundamentalstudyonfabricationandapplicationofNiTithinfilmsinBioMEMSwasconducted.1.NiTithinfilmswerefabricatedbythemagneticsputteringdeposition,duringwhichtheeffectofsputteringparametersonthecomposition,sputteringrateandpropertie

8、softhinfilmswassystematicallystudied.The