Легированный бором пиролитический углерод: материал для биомедицинского и инженерно-технического применения

Представлено описание технологической установки и методики синтеза пиролитического углерода, легированного бором. Синтез такого материала основан на методе химического осаждения из газовой фазы (CVD). Синтез протекает на внутренней поверхности косвенно нагреваемой до 1450–1570 °C цилиндрической графитовой сборки, через которую пропускаются контролируемые газовые потоки азота, трихлорида бора и углеродсодержащих газов при низком давлении. Реализованная технология на базе разработанной установки позволяет синтезировать пластинки легированного бором пиролитического углерода, отмеченного совокупностью характеристик химической инертности и биосовместимости с высокими значениями твердости, упругости и длительности использования. Представлено исследование морфологии и состава материала, проведенное методами сканирующей электронной микроскопии и рамановской спектроскопии. Материал находит свое применение в качестве створок эндопротезов клапанов сердца на ОАО «Завод «Электронмаш».

1. Актуальные задачи использования композиционных и гибридных материалов на основе различных форм углерода в электромагнитных и биомедицинских приложениях / С. А. Максименко [и др.] // Журн. БГУ. Физика. – 2023. – № 1. – С. 55–69. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2023-1-55-69

2. Золкин, П. И. Углеродные материалы в медицине / П. И. Золкин, В. С. Островский. – М., 2014. – 140 с.

3. Current use of carbon-based materials for biomedical applications – a prospective and review / G. Rajakumar [et al.] // Processes. – 2020. – Vol. 8, N 3. – Art. 355. https://doi.org/10.3390/pr8030355

4. Пироуглероды в сердечно-сосудистой хирургии / Л. А. Бокерия [и др.]. – М., 2020. – 54 с.

5. Li, M. M. First-principle calculations on the structural stability and electronic properties of superhard BxCy compounds / M. M. Li, X. Fan, W. T. Zheng // J. Phys. Condens. Matter. – 2013. – Vol. 25, N 42. – Art. 425502. https://doi.org/10.1088/0953-8984/25/42/425502

6. First-principles studies of structural and electronic properties of hexagonal BC5 / Q. Hu [et al.] // Phys. Rev. B. – 2006. – Vol. 73, N 21. – Art. 214116. https://doi.org/10.1103/physrevb.73.214116

7. Computational predictions and microwave plasma synthesis of superhard boron-carbon materials / P. Baker [et al.] // Materials. – 2018. – Vol. 11, N 8. – Art. 1279. https://doi.org/10.3390/ma11081279

8. Chasmawala, M. Synthesis of B/C materials from boron-containing phenyl acetylides / M. Chasmawala, T. C. Chung // Carbon. – 1997. – Vol. 35, N 5. – P. 641–650. https://doi.org/10.1016/s0008-6223(97)00019-5

9. Preparation and characterization of BxC1–x thin films with the graphite structure / B. M. Way [et al.] // Phys. Rev. B. – 1992. – Vol. 46, N 3. – P. 1697–1702. https://doi.org/10.1103/physrevb.46.1697

10. Lowell, C. Solid Solution of Boron in Graphite / C. Lowell // J. Am. Ceram. Soc. – 1967. – Vol. 50, N 3. – P. 142–144. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1967.tb15064.x

11. Hu, R. Synthesis and characterization of novel B/C materials prepared by 9-chloroborafluorene precursor / R. Hu, T. C. Chung // Carbon. – 1996. – Vol. 34, N 10. – P. 1181–1190. https://doi.org/10.1016/0008-6223(96)00064-4

12. A novel graphite-like material of composition BC3, and nitrogen–carbon graphites / J. Kouvetakis [et al.] // J. Chem. Soc. Chem. Commun. – 1986. – N 24. – P. 1758–1759. https://doi.org/10.1039/c39860001758

13. An investigation of vapor deposited boron rich carbon–a novel graphite-like material–part I: the structure of BCx (C6B) thin films / C. T. Hach [et al.] // Carbon. – 1999. – Vol. 37, N 2. – P. 221–230. https://doi.org/10.1016/s0008-6223(98)00166-3

14. Evidence for the solubility of boron in graphite by electron energy loss spectroscopy / V. Serin [et al.] // Carbon. – 2000. – Vol. 38, N 4. – P. 547–554. https://doi.org/10.1016/s0008-6223(99)00128-1

15. Комбинационное рассеяние света в нанопористом углероде, получаемом из карбидов кремния и титана / А. М. Данишевский [и др.] // Физика твердого тела. – 2001. – Т. 43, № 1. – С. 132–139.

16. Raman spectroscopy of carbon materials and their composites: Graphene, nanotubes and fibres / Z. Li [et al.] // Progress in Materials Science. – 2023. – Vol. 135. – Art. 101089. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101089