El titanio es el material líder para las articulaciones artificiales de rodilla y cadera porque es fuerte, resistente al desgaste y no tóxico, pero un descubrimiento inesperado por los físicos de la Universidad de Rice muestra que el estándar de oro para las articulaciones artificiales se puede mejorar con la adición de algo de oro real.
"Es aproximadamente 3-4 veces más duro que la mayoría de los aceros", dijo Emilia Morosan, la científica líder en un nuevo estudio en Avances científicos que describe las propiedades de una mezcla 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 se usa actualmente 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 exóticas propiedades electrónicas y magnéticas, dijo que el nuevo estudio es "el primero para mí de varias maneras. Este compuesto no es difícil de hacer, y no es unnuevo material."
De hecho, la estructura atómica del material, sus átomos están estrechamente empaquetados en una estructura cristalina "cúbica" que a menudo se asocia con la dureza, se conocía previamente. Ni siquiera está claro que Morosan y el ex estudiante de posgrado Eteri Svanidze, elEl coautor principal del estudio fue el primero en hacer una muestra pura de la forma "beta" ultraduro del compuesto, pero debido a un par de golpes de suerte, ellos y sus coautores son los primeros en documentar las notables propiedades del material.
"Esto comenzó a partir de mi investigación principal", dijo Morosan, profesor de física y astronomía, de química y de ciencia de los materiales y nanoingeniería en Rice. "Publicamos un estudio no hace mucho sobre el titanio-oro, un 1 a 1compuesto de proporción que era un material magnético hecho de elementos no magnéticos. Una de las cosas que hacemos cuando hacemos un nuevo compuesto es tratar de molerlo en polvo para fines de rayos X. Esto ayuda a identificar la composición, la pureza, el cristalestructura y otras propiedades estructurales.
"Cuando intentamos moler oro de titanio, no pudimos", recordó. "Incluso compré un mortero y una mano de mortero recubiertos de diamantes, y todavía no pudimos molerlo".
Morosan y Svanidze decidieron hacer pruebas de seguimiento para determinar exactamente qué tan duro era el compuesto, y mientras lo hacían, también decidieron medir la dureza de las otras composiciones de titanio y oro que habían usado como comparaciones enel estudio original
Uno de los compuestos adicionales era una mezcla de tres partes de titanio y una parte de oro que se había preparado a alta temperatura.
Lo que el equipo no sabía en ese momento era que hacer titanio-3-oro a una temperatura relativamente alta produce una forma cristalina casi pura de la versión beta de la aleación: la estructura cristalina que es cuatro veces más dura que el titanio.temperaturas más bajas, los átomos tienden a organizarse en otra estructura cúbica: la forma alfa de titanio-3-oro. La estructura alfa es casi tan dura como el titanio normal. Parece que los laboratorios que previamente habían medido la dureza del titanio-3el oro había medido muestras que consistían en gran medida en la disposición alfa de los átomos.
El equipo midió la dureza de la forma beta del cristal junto con colegas en el Laboratorio de Turbomachinery de la Universidad de Texas A&M y en el Laboratorio Nacional de Campo Magnético Alto de la Universidad Estatal de Florida, Morosan y Svanidze también realizaron otras comparaciones con titanio. Para implantes biomédicosPor ejemplo, dos medidas clave son la biocompatibilidad y la resistencia al desgaste. Debido a que el titanio y el oro en sí mismos se encuentran entre los metales más biocompatibles y a menudo se usan en implantes médicos, el equipo creía que el titanio-3-oro sería comparable.colegas del Centro de Cáncer MD Anderson de la Universidad de Texas en Houston determinaron que la nueva aleación era aún más biocompatible que el titanio puro. La historia demostró ser muy similar para la resistencia al desgaste: el titanio-3-oro también superó al titanio puro.
Morosan dijo que no tiene planes de convertirse en científica de materiales o alterar drásticamente el enfoque de su laboratorio, pero dijo que su grupo planea realizar pruebas de seguimiento para investigar más a fondo la estructura cristalina del beta titanio-3-oro y ver silos dopantes químicos podrían mejorar su dureza aún más.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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