일반적인 돌출구조에 초점을 맞추는 대신 마이크로조 기판 위에 나노튜브 구조를 구축하여 불소화 개질 및 젖음성에 대한 영향을 추가로 조사하였는데요. 이전에, 우리는 생물학적 활성과 오스세오 통합을 개선하기 위해 모래 블라스팅, 산 에칭 및 양극 산화를 통해 Ti 뼈 임플란트에 미세 조도와 나노튜브로 계층적으로 구성된 표면을 제작하였습니다.
이러한 미세/나노구조물 제작 후, 표면 에너지를 줄이기 위해 플루오로알킬실란 개질을 적용하였고, 서로 다른 척도의 모폴로지들이 플루오로화 효율에 미치는 영향을 조사하였습니다.
치수가 10 mm × 10 mm × 1 mm인 Ti6Al4V(TC4, Baoji Titanium Industry, 중국 산시성 바오지 티타늄 인더스트리) 시트를 연마기(Mopao1000, 중국 산동성 모파오1000)에 400#, 800#, 1200#, 2000# 물 연마지로 연속 연마지로 연마하여 매끄럽고 평평한 표면을 얻었습니다.
그리고 나서, 표면을 밝게 닦기 위해 광택을 내는 천이 사용되었습니다. 연마된 시료를 아세톤, 절대 에탄올, 초음파 세정용 탈이온수에 15분 동안 순차적으로 넣어 표면의 더러움을 제거하고 양극산화용으로 건조하였습니다. 음극에는 Ti 시트를 연결하였고, 양극은 20 mm × 20 mm × 0.1 mm 치수의 백금 전극을 사용하였다. 자기 교반기를 사용하여 전해액을 일정한 속도로 교반하였습니다.
양극 산화 파라미터를 탐색하기 위해 전해질과 전압의 영향을 조사하였습니다. 0.5 중량% HF 수용액, 0.25 중량% NH4F 수용액, 0.25 중량% NH4F 함유 1 mol/L Na2SO4 용액(H2SO4를 사용하여 pH를 3으로 조정), 0.25 중량% NH4F 함유 에틸렌 글리콜 용액, 2.0 중량% NH4F 함유 용액 등 4가지 용액.% 탈이온수와 다양한 전압(10V, 15V, 20V, 25V, 30V)을 조사하였다. 치료를 받은 후에, 가공 샘플 탈이온화된 물과 특성을 말렸습니다
순수 Ti시트 10mm× 10mm의 치수 × 1mm안에서 앞 섹션에 설명된 연마에 의해 pretreated과 함께(TA2, 바오지 타이타늄 산업, 산시 성, 중국). 미소 규모의 구조를 만들려면과 알루미나 입자 10의 거리에서(125–150 μm의 치수), 표본 sandblasting에 의해 말 0.34MPa의 20에 중압감, HCI와 HF이 혼합되어 있고 산으로 부식에 의한 뒤 받았습니다.
Self-assembly 나노 튜브 배열 양극 산화에 의해 꾸며짔다. 에틸렌 글리콜의 해결책 wt. 0.25%NH4F 및 2.0wt되어 있습니다.탈이온화된 물이 최종 전해질이라고, 반면 전압 산화의 1시간 후 15V, 표본 탈이온화된 물과 추가적인 활용을 말리이하로 선정하였습니다.
초소수성 표면을 얻기 위해서, 선측 인도 표면 자유 에너지를 줄이기에 사용되었다. 그 표본들은 1.0wt에 몰두해 있었습니다.
표면 특성화
불소화 표면의 화학적 조성 변화는 SEM에 장착된 에너지 분산 분광법(EDS)에 의해 조사되었다. 3차원(3D) 프로파일은 3차원 레이저 주사 현미경(LSM, VK-X200K, Japan)을 특징으로 하며, 표면 거칠기(Sa)와 현상 표면적비(Sdr)를 포함한 3차원 표면 파라미터를 동시에 측정하였습니다.
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전압
형성된 나노튜브의 형태에 대한 전압의 영향을 연구하기 위하여 0.25 중량% NH4F와 2.0 중량% 물의 에틸렌글리콜 용액에서 1시간 동안 서로 다른 전압 설정(10, 15, 20, 30 V)을 실시하여 튜브 직경 차이를 비교하였습니다. 결과는 그림에서 확인할 수 있습니다. 2e와 2f. 10 V에서 튜브 직경은 약 25 nm로 원형성이 좋지 않았다. 15 V에서는 튜브 직경이 40 nm까지 증가하였으며, 30 V에서는 60 nm까지 직경이 증가하였다. 전압이 증가함에 따라 나노튜브의 직경과 튜브 벽 두께도 증가하였습니다.
표면 형태
Ti의 마이크로/나노스케일 구조가 표면 젖음성에 미치는 영향을 검증하기 위해 불소화 전 SEM과 LSM을 통해 서로 다른 그룹의 표면 형태와 3D 프로파일을 조사하였다. 그림에서 보는 바와 같이. 3a1, 3a2, 광택 Ti의 표면은 매끄럽고 평평했습니다.
샌드블라스팅과 산 에칭으로 처리된 후, 많은 마이크로핏으로 표면을 거칠게 만들었다(도 3b1, 도 3b2). 확대 이미지는 미세 공동에 위치한 계곡과 같은 구조를 보여주고 있습니다.
표면 형태 변형 후, FAS를 사용하여 표면 자유 에너지를 줄였습니다.
불소화 전후의 마이크로/나노 패턴 표면의 화학조성은 도 4에 나타났습니다. 불소가 없는 표면은 Ti 및 O 요소로만 구성됩니다. 단, 제조된 표면에서는 F, Si 및 C 원소가 검출되어 FAS 피막이 성공적으로 형성되었음을 알 수 있었습니다. 양극산화 후 Ti 표면에는 친수성 하이드록실기가 다수 포함되어 있는 것으로 보고되었습니다. 30,31 도 1c에 나타난 바와 같이 가수분해 반응 후의 FAS 분자는 공유결합을 통해 형태학적으로 개질된 Ti 기판에 강하게 고정되고 이어서 수소 간의 응축 중합이 이루어지도록 되어 있었습니다.
표면 젖음성
후속 불소화 공정 및 젖음성 성능에 대한 서로 다른 표면 형태의 영향을 확인하기 위해 FAS 수정 여부와 상관없이 모든 샘플의 CA를 조사했습니다. 그 결과는 그림 5와 같다. 연마된 Ti의 표면은 CA가 86.7°인 친수성이었다. 그러나 형태변형 후, 다른 패턴을 갖는 샘플의 친수성은 CA가 감소함에 따라 모두 향상되었다. 그리고 마이크로/나노 패턴의 표면은 CA가 44.9°로 가장 우수한 친수성을 나타내었습니다.
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거친 고체 표면의 물방울은 부드러운 표면을 위해 영의 모델 35를 기반으로 개발된 Wenzel 상태 33과 Cassie-Baxter 상태 34의 두 가지 종류의 젖음 상태가 있다는 것이 널리 보고되었습니다. Cassie-Baxter 이론에 따르면, 표면의 미세 구조는 공기가 틈새에 갇혀 공기 쿠션을 형성하고 물방울을 지지할 수 있기 때문에 CA 값을 증가시키고 있습니다. 대조적으로, 웬젤의 이론은 물방울이 이러한 구조물에 완전히 침투하여 "핀 효과"를 나타낼 것이라고 설명하고 있습니다.
또한, FAS 개질 후 미세조화 표면의 소수성 향상이 뚜렷하지 않아, 샌드블래스팅과 산-에칭에 의한 미세 스케일 구조의 구축이 초소수성 표면 제조에서 지배적인 요인이 아니었음을 알 수 있습니다. 이에 비해 나노 패턴화된 표면의 친수성은 만족스러웠습니다.
그러나 FAS 수정 후 소수성은 크게 향상되었습니다. 친수성에서 소수성으로의 이러한 전이는 마이크로/나노 패턴 표면(44.9°에서 151.4°)에서 더욱 뚜렷하게 나타났습니다. 위의 결과로부터, 초소수성 표면과 화학적 수식의 물리적 형태학적 인자들은 단순히 중첩된 것이 아니라 상호 근거에 의한 것임을 결론지을 수 있습니다
형태학적 수정이 이루어지지 않았을 때, 표면은 친수성을 띠는 경향이 있었다; 표면이 미세 구조 없이 오직 불소화만 수정이 되었을 때, i.소수성의 증가는 제한적이었고 초 소수성을 달성할 수 없었습니다. 한편, 불소화 처리한 독립적인 미세구조 또는 나노구조의 경우 소수성 효과가 뚜렷하지 않았다. 불소화 후 미세/나노 계층구조의 소수성이 뚜렷하게 증가하였으나 미세구조와 나노구조가 상승효과를 나타냄에 유의하여야 합니다.
양극산화 후 나노튜브의 친수성은 표면에서의 모세관(32,37)과 친수성 하이드록실기의 사이펀 효과에 주로 기인하는 것으로 광범위하게 연구되어 왔습니다.38 불소화 과정에서 이들 하이드록시기는 FAS의 화학적 결합의 "앵커"이기도 하여 결합 면적과 결합 강도를 향상시켰습니다.
결론 및 향후 작업
초소수성 표면은 마이크로/나노 공학과 불소의 복합 개조에 의해 Ti 기판에 성공적으로 제조되었다. 미세 계곡과 구덩이를 개발하기 위해 샌드블라스팅과 산 에칭이 사용되었고, 질서 있는 나노튜브를 생성하기 위해 양극 산화가 사용되었습니다. 이러한 계층적 미세/나노구조의 표면은 양호한 친수성을 보였습니다. 그러나, FAS 개조에 의한 표면의 단층 자기 조립 후, 표면 에너지 감소에 의해 표면이 초소수성으로 변화하였습니다.
또한 불소화 전후의 젖음성에 대한 다양한 척도의 형태학적 영향을 조사하였습니다. 그 결과 불소화 후 계층적 표면의 CA가 단일 마이크로 또는 나노구조 표면과 비교하여 가장 높은 것으로 나타났으며, 이는 물리적 형태학적 인자와 화학적 변형의 시너지 효과에 기인한다. 초소수성 Ti 표면을 제조하기 위해 제안된 방법은 다양한 분야의 잠재적 응용에 채택될 수 있습니다.
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