Nghiên cứu tính chất điện hóa của lớp cacbon có cấu trúc kim cương pha tạp nito trên bề mặt thép không gỉ 316L

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Uyên
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Đăng Nam
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Vật Liệu
• Đề tài: Nghiên cứu tính chất điện hóa của lớp cacbon có cấu trúc kim cương pha tạp nitơ trên bề mặt thép không gỉ 316L
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về bệnh lý động mạch vành
• 1.2. Khái quát về bệnh lý động mạch vành cấp
• 1.3. Nguyên nhân gây ra hội chứng mạch vành cấp
• 1.4. Phương pháp điều trị hội chứng mạch vành cấp
• 1.5. Tổng quan về phương pháp đặt ống stent
• 1.6. Khái quát và cơ chế của ống stent
• 1.7. Vấn đề về ống stent kim loại
• 1.8. Tổng quan về thép không gỉ 316L
• 1.9. Khái quát về thép không gỉ 316L
• 1.10. Ứng dụng của 316L
• 1.11. Vấn đề của thép không gỉ 316L trong ứng dụng y học
• 1.12. Khái niệm ăn mòn điện hóa
• 1.13. Các dạng ăn mòn thường gặp đối với thép không gỉ 316L
• 1.14. Các phương pháp chống ăn mòn
• 1.15. Phương pháp điện hóa
• 1.16. Xử lý môi trường để bảo vệ vật liệu
• 1.17. Lựa chọn vật liệu phù hợp
• 1.18. Lớp phủ bảo vệ
• 1.19. Cơ chế ăn mòn của lớp phủ
• 1.20. Các phương pháp phủ
• 1.21. Lớp phủ cacbon có cấu trúc kim cương (DLC, diamond-like carbon)
• 1.22. Cấu trúc của cacbon có cấu trúc kim cương
• 1.23. Tính chất của DLC
• 1.24. Ứng dụng của lớp phủ DLC
• 1.25. Cải thiện tính chất lớp phủ DLC
• 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mẫu, dung dịch điện ly và thiết bị
• 2.2. Chuẩn bị mẫu
• 2.3. Dung dịch điện ly
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5. Các phương pháp điện hóa
• 2.6. Phương pháp phân tích bề mặt
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Phân tích bề mặt
• 3.2. Phân tích điện hóa
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về lớp cacbon kim cương pha tạp nito

Lớp cacbon kim cương pha tạp nito (N-DLC) là một loại vật liệu tiên tiến, được biết đến với tính chất điện hóa vượt trội. Tính chất điện hóa của lớp N-DLC trên bề mặt thép không gỉ 316L đã thu hút sự quan tâm lớn trong nghiên cứu vật liệu. Lớp phủ này không chỉ cải thiện độ bền mà còn tăng cường khả năng chống ăn mòn, một yếu tố quan trọng trong ứng dụng y sinh. N-DLC được tạo ra bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học có trợ giúp RF plasma (RF-PACVD), cho phép điều chỉnh các thông số như lưu lượng khí nitơ để tối ưu hóa tính chất của lớp phủ. Việc pha tạp nito vào cấu trúc cacbon giúp cải thiện độ bám dính và đồng đều của bề mặt, từ đó nâng cao hiệu quả bảo vệ cho thép 316L trong môi trường điện ly.

1.1. Cấu trúc và tính chất của lớp N DLC

Lớp N-DLC có cấu trúc tinh thể đặc biệt, với các liên kết cacbon mạnh mẽ, tạo ra một bề mặt cứng và bền. Tính chất vật liệu của N-DLC bao gồm độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tốt và tính trơ hóa học. Những tính chất này làm cho N-DLC trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong y sinh, đặc biệt là trong việc chế tạo ống stent. Nghiên cứu cho thấy rằng, khi tăng lưu lượng khí nitơ trong quá trình lắng đọng, tính chất điện hóa của lớp phủ cũng được cải thiện, dẫn đến hiệu suất bảo vệ ăn mòn cao hơn. Điều này được chứng minh qua các thí nghiệm phân cực thế động và tổng trở điện hóa, cho thấy lớp N-DLC có khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với lớp DLC tinh khiết.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện thông qua các phương pháp hiện đại nhằm đánh giá tính chất điện hóa của lớp N-DLC trên thép không gỉ 316L. Các mẫu được chuẩn bị bằng cách lắng đọng hơi hóa học có trợ giúp RF plasma, với các thông số được điều chỉnh để tạo ra ba loại màng N-DLC khác nhau. Thí nghiệm điện hóa được thực hiện trong dung dịch Hanks’ với pH = 7,4 ở nhiệt độ 37 °C. Phương pháp phân cực thế động và tổng trở điện hóa được sử dụng để đánh giá khả năng chống ăn mòn của lớp phủ. Kết quả cho thấy rằng, lớp N-DLC có khả năng bảo vệ tốt hơn so với thép 316L không có lớp phủ, nhờ vào sự cải thiện đáng kể về tính chất điện hóa.

2.1. Thiết bị và quy trình thí nghiệm

Quy trình thí nghiệm bao gồm việc chuẩn bị mẫu thép 316L, sau đó tiến hành phủ lớp N-DLC bằng phương pháp RF-PACVD. Các thông số như lưu lượng khí nitơ được điều chỉnh để tạo ra các lớp phủ với tính chất khác nhau. Sau khi phủ, các mẫu được phân tích bằng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) và quang phổ điện tử tia X (XPS) để đánh giá bề mặt và thành phần hóa học. Kết quả từ các phương pháp này cho thấy sự cải thiện rõ rệt về độ đồng đều và tính chất bề mặt của lớp N-DLC, từ đó khẳng định tính khả thi của việc sử dụng lớp phủ này trong các ứng dụng y sinh.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy lớp N-DLC có khả năng chống ăn mòn vượt trội so với thép không gỉ 316L. Phân tích điện hóa cho thấy mật độ dòng ăn mòn của thép 316L giảm đáng kể khi được phủ lớp N-DLC. Các thí nghiệm cho thấy rằng, với lưu lượng khí nitơ là 10,3 sccm, lớp N-DLC đạt hiệu suất bảo vệ ăn mòn cao nhất. Điều này chứng tỏ rằng việc pha tạp nito vào lớp cacbon kim cương không chỉ cải thiện tính chất vật liệu mà còn nâng cao khả năng chống ăn mòn trong môi trường điện ly. Kết quả này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu phủ trong lĩnh vực y sinh, đặc biệt là trong chế tạo ống stent.

3.1. Đánh giá hiệu suất bảo vệ ăn mòn

Đánh giá hiệu suất bảo vệ ăn mòn của lớp N-DLC được thực hiện thông qua các thí nghiệm phân cực thế động. Kết quả cho thấy rằng, lớp phủ N-DLC có khả năng bảo vệ tốt hơn so với lớp DLC tinh khiết. Sự cải thiện này có thể được giải thích bởi cấu trúc đồng đều và độ bám dính cao của lớp N-DLC, giúp ngăn chặn sự xâm nhập của ion và hợp chất hữu cơ trong dung dịch điện ly. Điều này không chỉ nâng cao tuổi thọ của thiết bị y sinh mà còn đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người.