ساخت و بررسي خواص مكانيكي و زيست سازگاري نانو كامپوزيت زيركونيا/گرافن

كارشناسي ارشد

زيركونياي پايدار شده با ايتريا به دليل چقرمگي شكست بالا (ناشي از استحاله تتراگونال به مونوكلينيك) و زيست¬سازگاري مناسب در ميان بايوسراميك¬ها، سال¬ها به عنوان جايگزين مفصل ران مورد استفاده قرار گرفته است. از مشكلات اصلي زيركونيا به عنوان مفصل ران مي¬توان به ناپايداري فازي آن در محيط مرطوب بدن (پيرشدگي) اشاره كرد. يكي از راهكار¬هاي موجود جهت كنترل پيرشدگي زيركونيا، استفاده از افزودني¬هايي است كه اين تبديل فازي را كنترل مي¬كنند. اما از آنجايي كه خود اين استحاله عامل اصلي چقرمگي شكست بالاي زيركونياست، توقف آن، چقرمگي شكست را به ميزان قابل توجهي كاهش مي¬دهد. بنابراين افزودني مورد استفاده بايد به گونه¬اي باشد، كه با مكانيزم¬هاي ديگري اين كاهش چقرمگي شكست را جبران كند و از لحاظ بيولوژيك مناسب باشد. در دهه اخير نانو صفحات گرافني به عنوان تقويت¬كننده-هاي موثر در زمينه¬هاي سراميكي مورد توجه قرار گرفته¬اند. در اين پژوهش بدنه¬هاي كامپوزيتي زيركونيا و 1 درصد وزني نانو صفحات گرافني مورد مطالعه قرار گرفتند. به منظور مقايسه و بررسي دقيق¬تر اثر¬گذاري نانو صفحات گرافني، بدنه كامپوزتي زيركونيا و 1 درصد وزني نانو ذرات كربن بلك (شناخته شده از لحاظ مكانيكي و زيستي و داراي تركيب شيميايي يكسان با نانو صفحات گرافني) نيز تهيه شد. بدنه¬ها پس از مخلوط¬سازي مواد اوليه در آسياب ماهواره¬اي، به روش زينتر پلاسماي جرقه¬اي در دو دماي oC 1300 و oC 1400 زينتر شدند و خواص مكانيكي، پيرشدگي در محيط مرطوب و زيست-سازگاري آنها مورد مطالعه قرار گرفت. بررسي خواص مكانيكي بدنه¬هاي زينتر شده در دماي oC 1400 با دانسيته نسبي بالاي 98% نشان داد كه افزودن گرافن و كربن بلك به ترتيب منجر به افزايش (MPa.m1/281/5) و كاهش (MPa.m1/204/4) چقرمگي شكست در مقايسه با بدنه زيركونيايي (MPa.m1/223/4) مي-شوند. آناليز فازي سطوح شكست، كاهش استحاله چقرمه¬ساز تتراگونال به مونوكلينيك را از 30% در بدنه زيركونياي خالص تا %17 و 12%به ترتيب در بدنه¬هاي حاوي نانو صفحات گرافني و نانو ذرات كربن بلك نشان داد. در حالي كه تصاوير ميكروسكوپ الكتروني از سطوح شكست و مسير ترك، ثابت كرد كه اين كاهش چقرمگي شكست در بدنه كامپوزيت زيركونيا/گرافن به دليل فعال شدن مكانيزم¬هاي چقرمه¬ساز پل¬زني و بيرون كشيده شدن گرافن و انحراف ترك جبران شده است. از طرفي آناليز فازي نمونه¬ها پس از قرارگيري در محيط مرطوب اتوكلاو (دماي oC134 و فشار bar3) نشان داد كه نانو افزودني¬ها، مانع پيرشدگي در بدنه زيركونيايي و افزايش طول عمر به مدت 60 سال مي¬شوند. از آنجايي كه بررسي¬هاي سلولي، عدم سميت و بهبود تمايز سلولي در بدنه كامپوزيت زيركونيا/گرافن را تائيد كرد، مي¬توان نتيجه گرفت كه بدنه كامپوزيت زيركونيا/گرافن مي¬تواند جايگزين مناسب ايمپلنت¬هاي زيركونيايي ناپايدار مفصل ران باشد.

188952

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر حميدرضا رضايي

بايومواد

دكتر جغفر جوادپور - دكتر محمد علي شكرگزار