Zastosowanie materiałów polimerowych (PUR, PEEK) w medycynie, a w szczególności w warunkach ciągłego przepływu krwi jest ograniczone przez ich niską odporność na zużycie oraz niewystarczającą biozgodność. To spowodowało, że podjęto badania nad modyfikacją powierzchni polimerów poprzez osadzenie warstw o określonym składzie chemicznym i mikrostrukturze. Przedmiotem badań były warstwy a-C(H), a-CN(H) oraz warstwy węgloazotku krzemu otrzymane metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganego plazmą generowaną w wyładowaniu o częstotliwości radiowej (RF PACVD, 13,56 MHz). Dzięki właściwemu przygotowaniu podłoży na drodze trawienia plazmowego oraz odpowiedniemu doborowi parametrów procesu otrzymano warstwy o wysokiej adhezji do polimerowych podłoży.
Badania morfologii, jakości, grubości i składu chemicznego wykonane metodami SEM/EDS, AFM, XPS, FTIR oraz elipsometrii wykazały, że otrzymane warstwy są izotropowe, dobrej jakości, jednorodne pod względem składu chemicznego oraz równomierne pod względem grubości. Badania tribologiczne pokazały, że najlepsze właściwości, najniższy współczynnik tarcia i najwyższą odporność na zużycie, mają próbki z hybrydowymi warstwami a-CN(H)/a-SiCN(H). Wyniki badań biologicznych potwierdziły, że warstwy te osadzone na PEEK poprawiają jego hemozgodność. Prawdopodobnie jest to związane z szerokością przerwy energetycznej w tych warstwach.
Uzyskane wyniki dowodzą, że modyfikacja polimerów poprzez osadzenie na ich powierzchni warstw węgloazotku krzemu stanowi efektywny sposób poprawy ich właściwości tribologicznych i biologicznych.
Plasma-chemical modification of polymers by carbon layers doped with nitrogen and silicon.
The market of polymers is constantly increasing due to their attractive properties. Most polymers however have low wear resistance and poor biocompability, which justify expectations towards layer technologies. This thesis concerns amorphous carbon (a-C:H), carbon nitride (a-CN(H)) and silicon carbonitride (a-SiCN(H)) layers deposited on polymers used in medicine, i.e. polyurethane (PUR) and polyetheretherketone (PEEK). The layers were deposited by Radio-Frequency Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition (RF PACVD; 13,56 MHz) without heating. The processing conditions were carefully chosen to obtain good adhesion between the layer and the polymer. The atomic structure and chemical composition of the layers were investigated by FTIR and XPS spectroscopic techniques and the layer morphology was studied by SEM/EDS techniques. The polarisation of the light reflected from the layers was measured. The layers' thicknesses were determined from SEM and AFM images. The results confirm obtaining good quality, amorphous (isotropic) layers, uniform by thickness and chemical composition. The best tribological properties, low friction coefficient and high wear resistance, have been found for the samples with hybrid a-CN(H)/a-SiCN(H) layers. The biological studies confirm that such layers deposited on PEEK increase its hemocompatibility which is probably due to wide optical gap.
The present results show that modification of polymers (PUR, PEEK) by deposition of silicon carbonitride layers provides an effective way to achieve the synergism of the biological and tribological properties.
