Keşfedilen Titanyum-Altın Alaşımı, Titanyumdan Dört Kat Daha Sert
Beta titanyum-3 altının kristal yapısı. Kredi: E. Morosan / Rice Üniversitesi
Titanyum, yapay diz ve kalça eklemlerinde kullanım için önde gelen bir malzemedir, çünkü güçlü, aşınmaya dirençli ve zehirsizdir, ancak Rice Üniversitesi fizikçileri tarafından yapılan beklenmedik bir keşif, yapay eklemler için ‘altın standartlara’ gerçek altın eklenmesiyle ulaşılabileceğini göstermektedir.
Science Advances’de titanyum ve altının sertlik kazanımı sağlayan, belirli bir atom yapısına sahip 3:1 karışımının özelliklerini anlattığı bu yeni çalışmanın lideri Emilia Morosan, “Bu alaşım, çoğu çelikten yaklaşık 3-4 kat daha sert “diyor. ” Şu an çoğu diş implantlarında ve yapay eklemlerde kullanılan saf titanyumdan dört kat daha sert.”
Egzotik elektronik ve manyetik özellikli bileşiklerin tasarımında ve sentezinde uzmanlaşmış bir fizikçi olan Morosan, yeni çalışmanın “birçok farklı yönden ilkleri” barındırdığını söylüyor ve ekliyor “Bu bileşiğin eldesi kolay ve yeni bir malzeme değil”.
Aslında, atomları sıklıkla sertlikle ilişkilendirilen “kübik” bir kristal yapıya sıkıştırılmış maddenin, atom yapısı daha önce biliniyordu. Morosan’ın ve araştırmanın ortak yazarı, eski lisansüstü öğrencisi Eteri Svanidze’nin, bileşiğin ultra-sert “beta” formunun saf bir örneğini ilk üreten kişiler olup olmadıkları bile değil. Ancak şans eseri onlar ve çalışmanın diğer yardımcı yazarları, bu malzemenin olağanüstü özelliklerini belgeleyen ilk kişiler.
Morrosan, fizik ve astronomi profesörü, kimya profesörü ve ayrıca Rice’da malzeme mühendisliği ve nano mühendislik profesörü “Bu yolculuk, benim ana araştırmamla başladı” diyor. “Manyetik olmayan elementlerden yapılmış manyetik bir malzeme olan 1: 1 oranındaki titanyum-altın çalışmamızı daha yeni yayımladık. Yeni bir bileşik ürettiğimizde yaptığımız şeylerden biri de, o bileşiği X-ışını için öğüterek toz haline getirmeye çalışmaktır. Toz hal, ürünün bileşimi, saflığı, kristal yapısını ve diğer yapısal özelliklerini belirlemeye yardımcı olur. Titanyum-altın alaşımını öğütmeye çalıştığımızda yapamadık,” diyor ve ekliyor “Elmas (kaplamalı) havan ve tokmak bile aldım ama hala öğütemedik”.
Eteri Svanidze (solda) ve Emilia Morosan. Kredi: Jeff Fitlow / Rice Üniversitesi
Morosan ve Svanidze, bileşimin tam olarak ne kadar sert olduğunu belirlemek için takip testleri yapmaya karar verdiler ve bu esnada orijinal çalışmayla kıyaslama amaçlı, diğer titanyum ve altın bileşimlerinin sertliğini de ölçmeye karar verdiler.
Hazırlanan diğer bileşiklerden biri, üç atom titanyuma karşılık yüksek sıcaklıkta hazırlanmış bir atom altın karışımıydı.
Ekibin o zamanlar bilmediği, nispeten yüksek sıcaklıkta titanyum-3-altın alaşımı yapmanın, neredeyse saf bir kristal biçimi (titanyumdan dört kat daha sert olan kristal yapısı) olan beta versiyonunu üretmek demek oluşuydu. Daha düşük sıcaklıklarda atomlar başka bir kübik yapıya (alfa formu titanyum-3-altın) sahip olma eğilimindedirler. Alfa yapısı normal titanyum kadar serttir. Daha önce titanyum-3-altının sertliğini ölçen laboratuvarların büyük oranda atomların alfa düzeninden oluşmuş örnekleri ölçtüğü görülüyor.
Ekip Texas A&M Üniversitesi Turbomachinery Laboratuvarı’nda ve Florida State Üniversitesi Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı’ndaki meslektaşları ile birlikte kristalin beta formunun sertliğini ölçtü, Morosan ve Svanidze de titanyum ile başka karşılaştırmalar yaptı. Örneğin biyomedikal implantlar için iki temel özellik, biyouyumluluk ve aşınma direncidir. Titanyum ve altın doğaları gereği en biyouyumlu metaller arasındadırlar ve genellikle tıbbi implantlarda kullanılırlar. Ekip, titanyum-3-altının biyouyumluluğunun, titanyum ve altın ile eşdeğer olacağına inanıyordu. Ancak Houston Üniversitesi MD Anderson Kanser Merkezi’ndeki meslektaşları tarafından yapılan testler, yeni alaşımın saf titanyumdan biyolojik olarak daha uyumlu olduğunu belirledi. Aynı şey aşınma direnci için de kanıtlandı: Titanyum-3-altın, saf titanyumdan daha iyi performans gösterdi.
Morosan, bir malzeme bilimcisi olmayı ya da laboratuvarının odağını önemli ölçüde değiştirmeyi planlamadığını; ancak grubunun, beta titanyum-3-altının kristal yapısını daha ayrıntılı bir şekilde araştırmak ve kimyasal katkılarla sertliğini daha da geliştirilip geliştirilemeyeceğini anlamak için izleme testleri yapmayı planladığını söyledi.
Kaynak : phys.org
