材料以及活体细胞或天然组织与无生命的材料结合而成的
杂化材料。 生命材料本身不是药物，其治疗途径是以与无生物机
体直接结合和相互作用为基本特征。
现代医学的进步与生物材料的发展是密不可分的。

生物材料的开发和利用可追溯到公元前3500年，那时的 古埃及人就开始利用棉纤维、马鬃作缝合线缝合伤口； 印第安人则使用木片修补受伤的颅骨。
7.5 薄膜功能材料
7.5.3 信息记录用薄膜 近年来信息科学的飞速发展也带动了薄膜材料的发展，
例如计算机对高密度、大容量、高速度、小体积、低成 本的信息存贮设备不断提出更高要求，而各种记录用薄 膜如磁性薄膜的发展则是关键问题之一，这是薄膜材料 的一个重要的应用领域和发展动力，也是竞争最激烈、
发展最快的领域，信息记录方式主要有磁记录和光记录
8.1生物材料的分类
8.1.1 根据材料属性分类
3）生物陶瓷 又称医用非金属材料，包括陶瓷、玻璃、碳素等，此 类材料化学性能稳定，具有良好的生物相容性。一般来说， 生物陶瓷包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生 物陶瓷三类。 4）生物医用复合材料 是由两种或两种以上不同材料复合而成的，且与其所 有单体的性能相比，复合材料的性能都有较大程度的提高。 该类材料主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功 能以及人造器官的制造，它除应具有预期的物理化学性质 外，还必须满足生物相容性的要求。
绪论 第一章 特种陶瓷生产工艺原理 第二章 结构陶瓷 第三章 功能陶瓷
第四章 特种玻璃 第七章 薄膜材料 第八章 生物陶瓷 第九章 新能源材料 第十章 环境材料
第五章 人工晶体
第六章 无机纤维
7 薄膜材料
1. 薄膜材料的定义 采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材 料 )的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底
7.4 薄膜材料的表征
7.4.3薄膜成分的表征方法
下表列出了一些常用的薄膜成分分析方法的元素范围、 检测极限、空间分辨率等，这其中的多数方法都是基于 原子在受到激发以后，内层电子排布会发生变化并发生 相应的能量转换过程的原理。
7.4 薄膜材料的表征
7.4.4薄膜附着力的测量方法
对薄膜最基本的性能要求之一就是其对衬底的附着力 要好，在各种方法之中，较为有代表性的测试方法有两 大类，即刮剥法和拉伸法。 ① 刮剥法是将硬度较高的划针垂直置于薄膜表面，施 加载荷对薄膜进行划伤实验以评价薄膜的附着力的方法。 ② 拉伸法利用黏结或焊接的方法将薄膜结合于拉伸棒 的断面上，测量将薄膜从衬底上拉伸下来所需的载荷的 大小。薄膜的附着力即等于拉伸时的临界载荷与被拉伸 的薄膜面积之比。

中国和埃及在公元前2500年墓葬中就发现有假牙、假鼻 和假耳。人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿，并沿用 至今。 1588年人们用黄金板修复颚骨。
1775年就有用金属固定体内骨折的记载。 1851年发明了天然橡胶的硫化方法后，有人采用硬胶木 制作了人工牙托和颚骨。 器官移植取得巨大进展，但有难题：排异、器官来源、 法律、伦理等。因此医学界对生物医学材料和人工器官 的要求日益增加。
8.1生物材料的分类
1）生物惰性材料 指一类在生物环境中能保持稳定、不发生或仅发生 微弱化学反应的生物医学材料，主要是生物陶瓷类和 医用合金类材料。包括：氧化物陶瓷；玻璃陶瓷； Si3N4陶瓷；医用碳素材料和医用金属材料。 2）生物活性材料 是一类能诱出或调节生物活性的生物医学材料，羟 基磷灰石是一种典型的生物活性材料，当植入体内时 不仅能传导成骨，而且能与新骨形成骨键合。生物活 性材料主要包括：羟基磷灰石，磷酸钙生物活性材料， 磁性材料和生物玻璃。
7.3.3 薄膜制备实现方法的特点 由于薄膜材料多数处于非平衡状态 ，因而可以在很大 范围内改变薄膜材料的成分、结构，使其不受平衡状态 时的许多限制，从而制备出很多块体难以实现的材料， 得到新的性能。 ① 薄膜材料在制备过程中可以在很大范围内将几种材料 掺杂在一起得到均匀膜 ，而无需考虑是否会形成均匀相， 这样就能较自由地改变薄膜的性能。 ② 可以根据需要得到单晶、多晶乃至非晶的各种结构薄 膜 ，沉积的薄膜常为垂直于表面的柱状晶，基片温度越 低晶粒就越细小。 ③ 可以较容易地将不同材料结合在一起制成多层结构的 薄膜。 ④ 通过沉积速率的控制可以较容易得到成分不均匀分布 的薄膜，例如梯度膜等。
7.2 薄膜材料的制备技术
7.2.3 化学气相沉积（CVD） 当形成的薄膜除了从原材料获得组成元素外，还在基 片表面与其他组分发生化学反应，获得与原组分不同的 薄膜材料，这种存在化学反应的气相沉积称为化学气相 沉积（CVD）。采用CVD法制备薄膜是近年来半导体、 大规模集成电路中应用比较成功的一种工艺方法，可以 用于生长硅、砷化镓材料、金属薄膜、薄膜绝缘层和硬 化层。
7.1 薄膜材料的性质
7.2 薄膜材料的制备技术
7.2.1 真空蒸镀 真空蒸镀是将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或 升华，使之在工件或基片表面析出的过程。真空蒸镀设 备主要包括真空系统、蒸发系统、基片撑架、挡板和监 控系统。
7.2.2 溅射成膜 溅射是指利用荷能粒子（如正离子）轰击靶材，使 靶材表面原子或原子团逸出的现象。逸出的原子在工件 表面形成与靶材表面成分相同的表面，这种制备薄膜的 方法称为溅射成膜。
材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。
简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过程形成的二 维材料。
7 薄膜材料
7.1 薄膜材料的性质
7.2 薄膜材料的制备技术
7.3 薄膜材料的特点
7.4 薄膜材料的表征
7.5 薄膜功能材料
7.1 薄膜材料的性质
薄膜材料是材料的一种特殊形式，由于可以实现很多块 体材料所没有的独特性质 ，因此在高科技领域的发展中具有 重要的作用，例如计算机、自动化等领域对各种元器件提出 越来越多的微型化、集成化等要求，都要靠薄膜材料的发展 来实现。薄膜材料的性质及典型应用见表8-1
材料及试验方法
磁控溅射设备
溅射进样真空室
激光分子束外延设备
Methods of film preparation include laser deposition, sputtering, MOCVD, and sol-gel techniques. The composition and crystal structure of films depend on material quality, fabriccation method, synthesis condition, and post-annealing.




目前被详细研究过的生物材料已超过1000种，被广泛应 用的有90多种，1800多种制品。西方国家每年耗用生物 材料量以10-15%的速度增长，1980年全球医用生物材 料及制品的销售额为200亿美元，1990年达500亿美元， 1995年近1000亿美元。 我国生物材料的研究起步较晚（五十年代），但发展很快。
8.1生物材料的分类
8.1.2 根据材料的生物性能分类
性能（满足生物学、力学和手术条件）
生物学① 对人体无害(无毒性、无组织刺激、无致癌作 用、无血栓形成等)； ② 与人体生相容性好(生物组织亲和性好)； ③ 与周围的骨及其他组织结合性强；
力 学 ④ 抗张、抗折、抗压及剪切强度比自然骨高，而 且在体液中强度不发生明显降低(抗腐蚀) ； ⑤ 耐磨损； ⑥ 硬度和弹性模量与自然骨接近； 手术等⑦成形、加工容易，便于临床操作。

8.1生物材料的分类
8.1.1 根据材料属性分类 8.1.2 根据材料的生物性能分类
8.1生物材料的分类
8.1.1 根据材料属性分类
生物材料可分为生物医用金属材料、生物医用高分子材 料、生物陶瓷、生物医用复合材料四类。 1）生物医用金属材料 是用作生物医学材料的金属或合金，是一类惰性材料， 具有高的机械强度和抗疲劳性能，应用非常广泛，遍及硬 组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面。 2）生物医用高分子材料 该材料除应满足一般的物理、化学性能外，还必须具有 足够好的生物相容性。按性质可分为：非降解型和可生物 降解型。主要用于人体软、硬组织修复体、人工器官、人 造血管、接触镜、膜材等方面。
7.4 薄膜材料的表征
7.4.1薄膜厚度的测量 一、薄膜厚度的光学测量方法 二、薄膜厚度的机械测量方法
7.4 薄膜材料的表征
7.4.2薄膜结构的表征方法 薄膜的结构取决于薄膜的成分。其中薄膜结构的研究 可以依所研究的尺寸范围划分为以下三个层次。 ① 薄膜的宏观形貌 包括薄膜尺寸、形状、厚度和均匀 性等； ② 薄膜的微观形貌 如晶粒及物相的尺寸大小和分布； 孔洞和裂纹；界面扩散层及薄膜结构。 ③ 薄膜的显微组织 包括晶粒内的缺陷、晶界及外延界 面的完整性、位错组态等。 针对研究的尺度范围，可以选择不同的研究手段，包 括光学 金相显微镜、 SEM 、 TEM 、场离子显微镜和 XRD 技术等。随着电子显微镜设备的普及， SEM 和 TEM的使用越来越广泛。
7.3 薄膜材料的特点
7.3.1 二维材料的特点 作为二维材料，薄膜材料的 最主要特点是在一个尺度 上很小的所谓尺寸特点 ，这个特点对于各种元器件的微 型化、集成化具有重要意义，最典型的是用于集成电路 和提高计算机存贮元件的存贮密度上。 7.3.2 薄膜材料制备过程决定的特点 薄膜的制备方法多数为非平衡状态的制取过程，基片 温度一般不高，扩散较慢。由沉积生长过程所决定， 薄 膜内一般存在大量的缺陷，如位错、空位等。 另外，在薄膜沉积过程中的工作气体也常常混入薄膜， 很多薄膜材料不宜进行高温热处理，所以缺陷不易消除。
7.2 薄膜材料的制备技术
7.2.4 分子束外延 分子束外延（MBE）已有二十多年的研究历史。外延成 膜过程在超高真空中实现束源流的原位单原子层外延生长， 分子束由加热束源得到。 L-ＭＢＥ方法有以下技术特点： ①可以原位生长与靶材成分相同的化学计量比的薄膜， ②可以实时原位精确地控制原子层尺度的外延膜生长，适 合于进行薄膜生长的人工设计和剪裁，从而有利于发展功 能性的多层膜、结型膜和超晶格。 ③由于激光羽辉的方向性好、污染小、便于清洗处理，更 适合于在同一台设备上制备多种材料薄膜。 ④ 由于系统配有 RHEED 质谱仪和光谱仪等实时监测分析 仪器，便于深入研究激光与物质的相互作用动力学过程和 成膜机理等物理问题。