碳纖維(carbon fiber, 簡稱CF)，是一種含碳量在90%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)，在沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。隨著碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的提高和應(yīng)用研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)碳纖維及復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)很多。

碳纖維按原料從來源可分為多種，但已經(jīng)具有工業(yè)價(jià)值的主要是聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維。粘膠基碳纖維是最初開發(fā)的碳纖維，但因?yàn)閺?qiáng)度低，目前應(yīng)用已經(jīng)很少。目前90%以上都是聚丙烯腈基碳纖維，其他主要是瀝青基碳纖維。碳纖維的性能優(yōu)越，因此其應(yīng)用越來越廣泛。

碳纖維除了上述優(yōu)越的力學(xué)性能，還有其他的一些特殊性能，如具有良好的X光透光性，有良好的生物相容性，耐高低溫性能優(yōu)越，具有良好的耐腐蝕性能，也具有一定的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。正是因?yàn)?span>.上述的種種特點(diǎn)，碳纖維及其復(fù)合材料在醫(yī)療器械領(lǐng)域有著

越來越廣泛的應(yīng)用。

一、在X光檢測設(shè)備中的應(yīng)用X平板探測器是一款多功能的高分辨率X射線平板成像器件，多采用非晶硅薄膜晶體管、光敏二極管陣列及高敏感度碘化銫直接生長閃爍體等先進(jìn)技術(shù)獲得超凡穩(wěn)定的影像性能?？蓱?yīng)用醫(yī)療、工業(yè)無損檢測。碳纖維是一種能夠傳導(dǎo)微電流，對射線吸收少，透過度高，可以降低電壓減少射線的輻射能量，而獲得清晰的造影，并且由于電壓的降低，節(jié)約了能源，由于減少了射線輻射的能量，減少了對病人有害的副作用。因此碳纖維復(fù)合材料的片板已經(jīng)大規(guī)模的代替X光檢測設(shè)備中傳統(tǒng)的鋁板。

二、超導(dǎo)磁體構(gòu)件

核磁共振成像(MRI) 檢查已經(jīng)成為- -種常 見的影像檢查方式。核磁共振成像作為一種新型的影像檢查技術(shù)。核磁共振儀主要由磁鍥、射頻發(fā)射器、檢測器、放大器及記錄儀等組成。磁鐵用來產(chǎn)生磁場，主要有永久磁鐵，電磁鐵，超導(dǎo)磁鐵等。而為了得到較高磁場，必須使用超導(dǎo)磁鐵。而超導(dǎo)必須要在極低溫度下才可實(shí)現(xiàn)，目前是在液氦(氦-268.785C.)下，周圍的力學(xué)部件就需要使用特殊的材料。而碳纖維即使在極端低溫下，仍然保持良好的低溫性能，因此目前知名核磁共振廠家多使用碳纖維復(fù)合材料制備核磁共振的低溫部位的力學(xué)構(gòu)件。

三、醫(yī)療床板

除了良好的力學(xué)性能，碳纖維材料具有良好的耐腐蝕性能，就算有酒精，藥物，血漬殘留也不會(huì)對面板造成影響，而且清理更方便，長期下來不會(huì)對面板造成腐蝕的現(xiàn)象，重量很輕，移動(dòng)起來很方便，方便醫(yī)務(wù)人員更好的調(diào)節(jié)合適的角度，碳纖維材料力學(xué)性能，化學(xué)穩(wěn)定性，與人體的生物相容性，使之在醫(yī)療器械和生物材料方面受到廣泛的重視。醫(yī)療領(lǐng)域的進(jìn)步，已經(jīng)廣泛地將X射線機(jī)，計(jì)算機(jī)斷層掃描儀應(yīng)用于診斷和治療，但是，現(xiàn)時(shí)醫(yī)療放射診斷設(shè)備的支撐床板，如X射線機(jī)，計(jì)算機(jī)斷層掃描儀多數(shù)是采用木質(zhì)和塑料結(jié)構(gòu)的床板，不但重量較重，對射線的透波性也差，并且，木質(zhì)和塑料結(jié)構(gòu)的床板又有產(chǎn)生較大折射的趨向當(dāng)射線束傾斜地照射在床面時(shí)這些問題就更明顯了。為了達(dá)到診斷治療的目的，必須提高電壓，使射線輻射能量很大，即對病人產(chǎn)生有害的副作用，而且造影也不清晰，也浪費(fèi)能源。

另外，對腫瘤患者進(jìn)行放射治療時(shí)，需要保證病人灶部位得到準(zhǔn)確劑量。為此目的，放射治療已從常規(guī)放療迅速向IMRT(調(diào)強(qiáng)適形放射治療)、IGRT (圖像引導(dǎo)放射治療)、IMAT (旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療)等精確放療技術(shù)發(fā)展，這些新的放療技術(shù)極大的提高了劑量精度，但同時(shí)對治療機(jī)的床面也提出了更高的要求。目前治療機(jī)的床面大多也還是傳統(tǒng)材料，在實(shí)施上述精確放療技術(shù)時(shí)很難避開劑量大問題。為此，采用一種新的材料替換傳統(tǒng)材料，以促進(jìn)放療技術(shù)和診斷技術(shù)的順利開展是目前需要解決的重要技術(shù)問題。

采用碳纖維復(fù)合材料制作的床板，允許射線以任何傾斜角度照射在床板.上，而不產(chǎn)生折射和投射射線方面的較大偏差，并且使用較少的材料,達(dá)到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度，減輕了重量，抗拉強(qiáng)度高。

四、在假肢中應(yīng)用

2008年北京殘奧會(huì)上，奧斯卡也是當(dāng)之無愧的明星。他- -舉奪得100米、200 米以及400米比賽的三金。賽場上，特別引人注目的是奧斯卡膝蓋下那兩條閃著寒光黑色刀鋒形狀碳纖維假肢，那是他的專用比賽假肢一-“獵豹”，使用碳纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)制作假肢，強(qiáng)度高、重量輕，使假肢功能更完善。同時(shí)，它的腳部還能根據(jù)場合需要變換外觀，如宴會(huì)的高跟鞋、日常生活的休閑鞋、運(yùn)動(dòng)中的瑜伽鞋等等。碳纖維復(fù)合材料在假肢中應(yīng)用如

下:

1、接受腔作用

承擔(dān)人體重量、控制假肢，懸吊假肢，它使殘肢在腔內(nèi)舒適自如，而且碳纖維框架也達(dá)到支撐體重和力的傳遞要求

2、碳纖維膝關(guān)節(jié)

碳纖維膝關(guān)節(jié)其比強(qiáng)度是目前所用材料中最優(yōu)的，因此，目前世界上流行的20多種膝關(guān)節(jié)的外框均采用碳纖維復(fù)合材料制作。由于在膝關(guān)節(jié)中引入了碳纖維復(fù)合材料，減掉了很多重量，從而使人工膝關(guān)節(jié)得以實(shí)現(xiàn)多種效能

3、碳纖維踝關(guān)節(jié)

踝關(guān)節(jié)與假腳的動(dòng)作，對膝關(guān)節(jié)的支撐穩(wěn)定性有重要的影響。(柔性腳中采用碳纖維復(fù)合材料做踝關(guān)節(jié)，可以彈跳。碳纖維固定軟跟足踝、碳纖維萬向足踝等人工踝關(guān)節(jié)。)

4、連接管

足踝與小腿假肢連接管也可采用碳纖維復(fù)合材料制作，從而使踝關(guān)節(jié)

輕巧美觀。

5、碳纖維假腳

假腳的主要功能是支撐體質(zhì)量，在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生推力，同時(shí)可代償小腿三頭肌和屈肌的作用儲(chǔ)能腳由于特殊的設(shè)計(jì)和材料，放/儲(chǔ)能比- -般在50%以上，高于傳統(tǒng)假腳。在儲(chǔ)能腳中，采用高彈性、高強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合材料的假腳最高，可達(dá)95%以上，同時(shí)由于其質(zhì)量輕，患者行走時(shí)較為省力而廣受歡迎。

五、碳纖維復(fù)合材料在矯形器中的應(yīng)用

是指裝配于人體四肢、軀干等部位的體外器具的總稱，其目的是為了預(yù)防或矯正四肢、軀千的畸形或治療骨關(guān)節(jié)及神經(jīng)肌肉疾病并補(bǔ)償其功能矯形器的要求: 1、防止跌倒2、使前足在擺動(dòng)期保持中立位3、穩(wěn)定踝部4、在凸起部位5、能量利用效率高6、耐久7、重量輕8、必須適合穿鞋9、沒有笨重不方便的設(shè)計(jì)10、 易于穿脫11、 不限制肌肉活動(dòng)12、輔助提高血液循環(huán)質(zhì)量。

碳纖維矯形器優(yōu)點(diǎn):碳纖維制成的矯形器異常輕便，但又非常穩(wěn)固它不僅有重量輕、適應(yīng)性好的特征，還可以儲(chǔ)存能量，減輕患者的能耗。

常用碳纖矯形器有:

1、碳纖AFO

碳纖維動(dòng)態(tài)踝足矯形器碳纖維腳的后跟和前部富有彈性，因此無論路面是否平坦，步態(tài)都加輕松自然。因此，行走時(shí)消耗的能量更少，能夠順利地走更長的距離。小腿部由凱夫拉纖維覆蓋的獨(dú)特的Y-型碳板設(shè)計(jì)竹碳纖維護(hù)踝

2、碳纖FO

前十字韌帶損傷型矯形器

3、碳纖KAFO

松下AWN-03動(dòng)力外骨骼裝置，它采用松下最新的小型高功率馬達(dá)控制體積，碳纖維材料和樹脂傳動(dòng)齒輪的利用使其相比金屬制品輕了50%。而且，這也是實(shí)實(shí)在在的-款智能硬件它的核心功能還在于可以通過腰部集成的姿態(tài)檢測傳感器，來實(shí)現(xiàn)對人體姿勢的檢測，方便不同行動(dòng)之間的模式轉(zhuǎn)換，不礙事也不會(huì)造成損傷。實(shí)時(shí)分析使用者的活動(dòng)信息，并給予恰當(dāng)?shù)牧α枯o助，讓使用者用很小的力就可以搬起各種重物，甚至還可以做到高難度的調(diào)高、攀爬動(dòng)作。

六、保健用品

碳纖維在通電情況下會(huì)發(fā)熱，碳纖維發(fā)熱75%以上的熱能以遠(yuǎn)紅外方式、且波長為7-14um、當(dāng)兩段波長相等相互作用時(shí)就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。而人體是生物體，人體70%-80%以上是由水分子組成，在共振作用下，首先激活了水分子的振動(dòng)，而產(chǎn)生一.系列生理上的反應(yīng)，可促進(jìn)人體皮膚和皮下組織中的細(xì)胞溫度上升，使人體由內(nèi)至外產(chǎn)生熱傳遞，促進(jìn)和改善了人

體的血液循環(huán);有利于消除人體疲勞和肌體機(jī)能恢復(fù)，增強(qiáng)新陳代謝，提高人體免疫功能。因此具有- -定的保健功能。

七、其他

輪椅