El titanio es el material principal para las articulaciones de rodilla y de cadera artificiales porque es fuerte, resistente al desgaste y no tóxico, pero un descubrimiento inesperado por físicos de la Universidad Rice, muestra que el patrón oro para articulaciones artificiales puede ser mejorado con la adición de un poco de oro real.
La estructura cristalina de beta-titanio 3 oro. Crédito: / Universidad E. Rice Morosan
"Se trata de unos 3-4 veces más duro que la mayoría de los aceros," dijo Emilia Morosan, la científico principal de un nuevo estudio en el que avanza la ciencia que describe las propiedades de una mezcla de 3-a-1 de titanio y oro con una estructura atómica específica que imparte dureza. "Es cuatro veces más duro que el titanio puro, que es lo que actualmente está siendo utilizado en la mayoría de los implantes dentales y las articulaciones de reemplazo."
Morosan, un físico que se especializa en el diseño y síntesis de compuestos con propiedades electrónicas y magnéticas exóticos, dijo que el nuevo estudio es "la primera vez para mí en un número de maneras. Este compuesto no es difícil de hacer, y no es un material nuevo ".
De hecho, la estructura atómica de los materiales-sus átomos están estrechamente empacados en una estructura cristalina "cúbica" que a menudo se asocia con la dureza anteriormente conocida. Ni siquiera es claro que Morosan y ex estudiante graduado Eteri Svanidze, co-autor del estudio, fueron los primeros en hacer una muestra pura de la forma ultradura "beta" del compuesto. Pero debido a un par de golpes de suerte, ellos y sus co-autores son los primeros en documentar notables propiedades del material.
"Esto comenzó desde mi central de investigación", dijo Morosan, profesor de física y astronomía, de química y de ciencia de los materiales y la nanoingeniería en Rice. "Hemos publicado un estudio no hace mucho tiempo en el titanio y oro, un compuesto relación de 1-a-1 que era un material magnético hecho de elementos no magnéticos. Una de las cosas que hacemos cuando hacemos un nuevo compuesto se trata de moler en polvo para los propósitos de rayos X. Esto ayuda en la identificación de la composición, la pureza, la estructura cristalina y otras propiedades estructurales.
Eteri Svanidze (izquierda) y Emilia Morosan. Crédito: / Universidad Rice Jeff Fitlow
"Cuando tratamos de triturar titanio y oro, no pudimos", recordó. "Incluso compré un mortero de diamante (recubierto) y una maja, y todavía no podía moler para arriba."
Morosan y Svanidze decidieron hacer pruebas de seguimiento para determinar exactamente lo duro que es el compuesto, y mientras estaban en ello, también decidieron medir la dureza de las otras composiciones de titanio y oro que habían utilizado como comparaciones en el studio original.
Uno de los compuestos extra era una mezcla de tres partes de titanio y una de oro parte que se había preparado a alta temperatura.
Lo que el equipo no sabía en ese momento era que la toma de titanio-3-oro a temperatura relativamente alta produce una forma cristalina casi puro de la versión beta de la aleación de la estructura cristalina que es cuatro veces más duro que el titanio. A temperaturas más bajas, los átomos tienden a disponer en otra estructura de la forma alfa cúbico de titanio-3-oro. La estructura alfa es casi tan duro como el titanio regular. Parece que los laboratorios que se había medido previamente la dureza de titanio-3-oro habían medido muestras que consistían en gran medida de la disposición de alfa de átomos.
El equipo midió la dureza de la forma beta del cristal junto con sus colegas en el Laboratorio de turbomáquinas de Texas A & M University y en el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético de la Universidad del Estado de Florida, y Morosan Svanidze también realizado otras comparaciones con titanio.Para los implantes biomédicos, por ejemplo, dos medidas clave son la biocompatibilidad y resistencia al desgaste. Debido titanio y oro por sí mismas son algunos de los metales más biocompatibles y se utilizan a menudo en los implantes médicos, el equipo cree titanio-3-oro sería comparable. De hecho, las pruebas realizadas por sus colegas de la Universidad de MD Anderson Cancer Center en Houston Texas, determinaron que la nueva aleación era aún más biocompatible que el titanio puro. La historia demostró lo mismo para la resistencia al desgaste: Titanio-3-oro también superó titanio puro.
Morosan dijo que no tiene planes de convertirse en un científico de materiales o alteran significativamente el enfoque de su laboratorio, pero dijo que su grupo está planeando llevar a cabo pruebas de seguimiento para investigar más a fondo la estructura cristalina de titanio beta-3-oro y para ver si dopantes químicos podría mejorar su dureza aún más.
La estructura cristalina de beta-titanio 3 oro. Crédito: / Universidad E. Rice Morosan
"Se trata de unos 3-4 veces más duro que la mayoría de los aceros," dijo Emilia Morosan, la científico principal de un nuevo estudio en el que avanza la ciencia que describe las propiedades de una mezcla de 3-a-1 de titanio y oro con una estructura atómica específica que imparte dureza. "Es cuatro veces más duro que el titanio puro, que es lo que actualmente está siendo utilizado en la mayoría de los implantes dentales y las articulaciones de reemplazo."
Morosan, un físico que se especializa en el diseño y síntesis de compuestos con propiedades electrónicas y magnéticas exóticos, dijo que el nuevo estudio es "la primera vez para mí en un número de maneras. Este compuesto no es difícil de hacer, y no es un material nuevo ".
De hecho, la estructura atómica de los materiales-sus átomos están estrechamente empacados en una estructura cristalina "cúbica" que a menudo se asocia con la dureza anteriormente conocida. Ni siquiera es claro que Morosan y ex estudiante graduado Eteri Svanidze, co-autor del estudio, fueron los primeros en hacer una muestra pura de la forma ultradura "beta" del compuesto. Pero debido a un par de golpes de suerte, ellos y sus co-autores son los primeros en documentar notables propiedades del material.
"Esto comenzó desde mi central de investigación", dijo Morosan, profesor de física y astronomía, de química y de ciencia de los materiales y la nanoingeniería en Rice. "Hemos publicado un estudio no hace mucho tiempo en el titanio y oro, un compuesto relación de 1-a-1 que era un material magnético hecho de elementos no magnéticos. Una de las cosas que hacemos cuando hacemos un nuevo compuesto se trata de moler en polvo para los propósitos de rayos X. Esto ayuda en la identificación de la composición, la pureza, la estructura cristalina y otras propiedades estructurales.
Eteri Svanidze (izquierda) y Emilia Morosan. Crédito: / Universidad Rice Jeff Fitlow "Cuando tratamos de triturar titanio y oro, no pudimos", recordó. "Incluso compré un mortero de diamante (recubierto) y una maja, y todavía no podía moler para arriba."
Morosan y Svanidze decidieron hacer pruebas de seguimiento para determinar exactamente lo duro que es el compuesto, y mientras estaban en ello, también decidieron medir la dureza de las otras composiciones de titanio y oro que habían utilizado como comparaciones en el studio original.
Uno de los compuestos extra era una mezcla de tres partes de titanio y una de oro parte que se había preparado a alta temperatura.
Lo que el equipo no sabía en ese momento era que la toma de titanio-3-oro a temperatura relativamente alta produce una forma cristalina casi puro de la versión beta de la aleación de la estructura cristalina que es cuatro veces más duro que el titanio. A temperaturas más bajas, los átomos tienden a disponer en otra estructura de la forma alfa cúbico de titanio-3-oro. La estructura alfa es casi tan duro como el titanio regular. Parece que los laboratorios que se había medido previamente la dureza de titanio-3-oro habían medido muestras que consistían en gran medida de la disposición de alfa de átomos.
El equipo midió la dureza de la forma beta del cristal junto con sus colegas en el Laboratorio de turbomáquinas de Texas A & M University y en el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético de la Universidad del Estado de Florida, y Morosan Svanidze también realizado otras comparaciones con titanio.Para los implantes biomédicos, por ejemplo, dos medidas clave son la biocompatibilidad y resistencia al desgaste. Debido titanio y oro por sí mismas son algunos de los metales más biocompatibles y se utilizan a menudo en los implantes médicos, el equipo cree titanio-3-oro sería comparable. De hecho, las pruebas realizadas por sus colegas de la Universidad de MD Anderson Cancer Center en Houston Texas, determinaron que la nueva aleación era aún más biocompatible que el titanio puro. La historia demostró lo mismo para la resistencia al desgaste: Titanio-3-oro también superó titanio puro.
Morosan dijo que no tiene planes de convertirse en un científico de materiales o alteran significativamente el enfoque de su laboratorio, pero dijo que su grupo está planeando llevar a cabo pruebas de seguimiento para investigar más a fondo la estructura cristalina de titanio beta-3-oro y para ver si dopantes químicos podría mejorar su dureza aún más.
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