一种防护涂层及其制备方法和应用、高频电刀

本发明涉及防护涂层，尤其涉及一种防护涂层及其制备方法和应用、高频电刀。

背景技术：

1、高频电刀是现代外科手术中广泛应用的关键器械。其工作原理为电极尖端与组织接触，通过射频交流电诱导组织内带电粒子振荡产生焦耳热，从而引发组织脱水与蛋白质凝固，实现切割与止血的协同作用。相比传统手术器械，高频电刀具有切口精细、出血量少、对周围组织损伤小及手术风险低等优势，已广泛应用于腹腔镜手术、整形外科等绝大多数临床手术场景。然而，在实际使用过程中，电极局部温度可迅速升高至约100℃甚至更高，导致血液及软组织发生脱水、结痂乃至碳化。这些变形或碳化产物易黏附并沉积于电极表面，形成稳定的附着层。一方面，黏附层会阻碍电流均匀传导，造成局部电功率集中与温度进一步升高，从而夹具热黏附现象，降低切割效率并影响止血效果；另一方面，持续的热-电耦合作用还会引发附着组织分解并产生有害烟雾，威胁医护人员安全，同时可能导致组织烧伤及创面扩大，增加患者二次损伤风险。此外，表面黏附还会影响电极稳定放电并加速器械性能衰减，显著缩短使用寿命。因此，抑制血液与组织在电极表面的黏附行为，提升其抗热黏附性能，已成为医用高频电刀领域亟待解决的关键科学问题与重要发展方向。

2、目前，针对高频电极表面组织黏附问题，已提出多种改善抗粘连性能的策略，主要包括引入辅助装置、构建表面涂层以及实施表面图案化设计等。其中，增加辅助装置通常通过引入冷却循环系统或生理盐水灌注来降低电极工作端温度，从而减缓组织热黏附。然而，该类方法往往需要对电极结构进行额外集成，不仅增加器械尺寸、影响手术视野，还显著提高了加工复杂性与制造成本，限制了其临床应用的灵活性。表面图案化则通过在电极表面构建微/纳米结构，以降低组织与电极之间的实际接触面积，并在一定程度上促进热量散逸，从而实现抗黏附效果。然而，此类结构在实际服役过程中易被组织碎屑或炭化产物填充，导致抗粘连效果衰减，同时其加工工艺复杂、稳定性有限，难以长期保持性能优势。相比之下，表面涂层技术因其可调控性强而受到广泛关注。例如，在电极表面引入聚四氟乙烯（ptfe）涂层可有效降低表面能，从而减少组织黏附。但ptfe属于绝缘材料，会削弱电极导电性能，并且在高温条件下可能发生分解，释放潜在有害物质，对患者安全构成风险。此外，沉积六甲基二硅氧烷（hmdso）类涂层可形成具有一定疏水性的低黏附界面，显著降低软组织附着。然而，该类涂层在高温及电热耦合作用下稳定性不足，易发生性能衰退甚至剥落，难以实现长期可靠服役。综上，现有方法在结构复杂性、服役稳定性及安全性等方面仍存在明显不足。因此，亟需开发兼具高硬度、高导电性与低表面能（疏水特性）的功能涂层，以实现高频电极在复杂手术环境下的稳定抗粘附性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防护涂层及其制备方法和应用、高频电刀，所述防护涂层兼具高硬度、高导电性与低表面能（疏水特性）的特性，进而可以保证高频电极在复杂手术环境下的稳定抗粘附性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种防护涂层，包括在基底表面依次层叠设置的ti过渡层和功能层；

4、所述功能层的材质为tizrhftacun，且所述tizrhftacun为多元固溶体结构。

5、优选的，所述tizrhftacun中ti、zr、hf和ta的原子百分含量独立的为10.0~14.0at.%；

6、所述tizrhftacun中cu的原子百分含量为2.0~6.0 at.%；

7、所述tizrhftacun中n的原子百分含量为45.0~55.0 at.%。

8、本发明还提供了上述技术方案所述防护涂层的制备方法，包括以下步骤：

9、采用磁控溅射法，在基底表面依次沉积ti过渡层和功能层，得到所述防护涂层。

10、优选的，进行所述沉积前，还包括将所述基底依次进行超声清洗和离子清洗。

11、优选的，所述超声清洗包括依次在丙酮、乙醇和水中进行超声清洗；

12、各个阶段的超声清洗的功率独立的为220~260 w，时间独立的为15~20 min。

13、优选的，所述离子清洗的工作气体为氩气，所述氩气的通入速率为50~100 sccm，工作气压为1.0~2.5 pa；基底接入射频电源，所述射频电源的电压为800~1000 v，占空比为40~60 %，时间为30 min；基底的温度为100~500 ℃，基底的转速为5~20 rpm。

14、优选的，所述ti过渡层的沉积条件为：工作气体为氩气，所述氩气的通入速率为20~40 sccm，工作气压为0.3~1.0 pa，靶材为ti靶，ti靶接通直流电源，电流为8~12 a；基底接入射频电源，所述射频电源的电压为50~150 v，占空比为50~90 %，时间为30 min；基底的温度为100~500 ℃，基底的转速为5~20 rpm。

15、优选的，所述功能层的沉积条件为：工作气体为氩气，所述氩气的通入速率为20~40 sccm，反应气体为氮气，所述氮气的通入速率为50~100 sccm，工作气压为0.3~1.0 pa，靶材为tizrhfta靶和cu靶，所述tizrhfta靶和cu靶分别接通直流电源，所述tizrhfta靶的电流为8~12 a，所述cu靶的电流为0.5~3.0 a；基底接入射频电源，所述射频电源的电压为50~150 v，占空比为50~90 %，时间为60~120 min；基底的温度为100~500 ℃，基底的转速为5~20 rpm。

16、本发明还提供了上述技术方案所述防护涂层或上述技术方案所述制备方法制备得到的防护涂层在高频电刀防护领域中的应用。

17、本发明还提供了一种高频电刀，包括高频电刀基底和所述高频电刀基底表面的防护涂层；

18、所述防护涂层为上述技术方案所述防护涂层或上述技术方案所述制备方法制备得到的防护涂层。

19、本发明提供了一种防护涂层，包括在基底表面依次层叠设置的ti过渡层和功能层；所述功能层的材质为tizrhftacun，且所述tizrhftacun为多元固溶体结构。

20、与现有技术相比，本发明所述防护涂层具有以下有益效果：

21、1）本发明所述防护涂层具有高硬度及高膜基结合力，可限制提升基底表面的耐磨性与服役稳定性，避免在使用过程中发生磨损或剥落；所述ti过渡层可以有效提高涂层与基底之间的结合强度；所述功能层的高熵工程设计思路可以强化固溶效应，晶格畸变增强了位错运动阻力，从而有效抑制位错滑移并提升材料硬度；

22、2）本发明所述防护涂层具有高疏水性，能促进抗黏附性能：本发明所述防护涂层具有较高的表面接触角，表现出显著的疏水特性，可有效降低组织与电极之间的界面自由能，从而减少血液及软组织的黏附行为；其中，cu元素的引入对表面化学状态及微观结构具有协同调控作用：cu以固溶形式进入晶格后，由于其电子结构趋于饱和，可与周围过渡金属原子发生电子相互作用，调节表面原子的电子分布，使表面电子占据状态更加稳定并趋于满壳层特征。该电子结构优化削弱了表面对极性水分子的吸附能力，降低了表面能，从而减弱组织在表面的润湿行为及界面结合强度，最终实现优异的抗黏附性能；

23、3）具有抑菌性能，预防手术感染：本发明所述防护涂层具备良好的抑菌性能，有助于降低术中感染风险：引入的cu元素可以通过破坏细菌细胞膜结构杀死细菌，有效抑制细菌附着引发的手术感染，提升涂层的生物安全性。