Nově objevená slitina titanu se zlatem je mnohem tvrdší než běžné oceli  
Titan se zlatem v poměru 3:1 může vytvořit slitinu s výjimečnými vlastnostmi. V biomedicíně ji už jistě pozorně sledují.

 

Krystalická struktura nové slitiny. Kredit: E. Morosan / Rice University.
Krystalická struktura nové slitiny. Kredit: E. Morosan / Rice University.

Titan je u lékařů oblíbeným materiálem, hlavně pokud jde o umělé klouby. Je pevný, odolný vůči opotřebení, a také není jedovatý. Nečekaný objev fyziků americké Riceovy univerzity, publikovaný ve Science Advances, teď ještě ke všemu umožní medicínský titan vylepšit zlatem.

Emilia Morosan (vpravo). Kredit: Jeff Fitlow / Rice University.
Emilia Morosan (vpravo). Kredit: Jeff Fitlow / Rice University.


Podle vedoucí výzkumu Emilie Morosan je nově objevená slitina titanu se zlatem třikrát až čtyřikrát tvrdší nežli většina typů oceli. Slitina 3 dílů titanu s 1 dílem zlata se specifickou atomovou strukturou,zajistí slitině výjimečnou tvrdost. Významné je především to, že ve tvrdosti hned čtyřikrát předčí čistý titan, který se dnes používá v řadě medicínských aplikací.

Morosanová je specialistkou na navrhování a syntézu sloučenin s exotickými fyzikálními vlastnostmi. Není to ostatně tak dávno, co si Morosanová s kolegy hrála s materiálem, který vytvořili z titanu a zlata v poměru jedna ku jedné. I tenhle materiál nebyl nezajímavý – ačkoliv ho vytvořili z nemagnetických látek, tak byl magnetický. A jak se zdá, v tomhle případě Morosanové a jejím kolegů přeje Štěstěna. Novou slitinu, kterou tým vytvořil, totiž není těžké vyrobit. Není dokonce jisté, zda jsou Morosanová a spol. první, kdo právě tento typ slitiny vytvořili. Ale jako první ho popsali, takže si historie zapamatuje právě je.

Čistý titan (na snímku) je fajn, titan se zlatem 3:1 je ale ještě lepší. Kredit: Alchemist-hp / Wikimedia Commons.
Čistý titan (na snímku) je fajn, titan se zlatem 3:1 je ale ještě lepší. Kredit: Alchemist-hp / Wikimedia Commons.


Jak vlastně Morosanová a její tým zjistili, že vytvořili něco vážně výjimečného? Součástí běžného postupu při zkoumání nově vytvořených materiálů je i to, že se ho vědci snaží brousit, aby ho získali v podobě prášku, který pak využijí pro analýzy s využitím rentgenového záření. Takové analýzy se hodí pro zjištění přesného složení, čistoty, krystalické struktury a dalších parametrů nového materiálu. V případě nové slitiny titanu se zlatem 3:1 se ale najednou objevil závažný technický problém. Slitinu nebylo možné běžným postupem nabrousit. Nepodařilo se jim to dokonce ani s diamantovými nástroji. V tu chvíli jim nejspíš už bylo jasné, že nepůjde o nějakou nudnou slitinu.

Prorazí slitina titanu se zlatem v kloubních náhradách? Kredit: NIH.
Prorazí slitina titanu se zlatem v kloubních náhradách? Kredit: NIH.

Vědci pak experimentálně zjišťovali, jak tvrdá jejich slitina titanu se zlatem vlastně je, a také porovnávali její biomedicínské vlastnosti s čistým titanem. Například pro využití v medicínských implantátech je pro materiály klíčová jejich biokompatibilita (v podstatě zdravotní nezávadnost) a rovněž odolnost vůči opotřebení. Titan se zlatem jsou považovány za jedny z nejvíce biokompatibilních kovů. Morosanová a spol. se proto domnívali, že slitina titanu se zlatem 3:1 by na tom nemusela být v tomto směru úplně špatně. Vlastně se ale spletli. Jejich nová slitina je totiž přímo excelentní. Svou biokompatibilitou předčí čistý titan a to stejné platí i pro odolnost vůči opotřebení.

Morosanová se sice nehodlá stát materiálovou vědkyní, novou slitinu ale jen tak nepustí z ruky. Její výzkumný tým plánuje další experimenty, jimiž chtějí detailně studovat krystalickou strukturu slitiny. A chtějí se zaměřit i na to, jestli by slitinu ještě nevylepšili přidáním dalších chemických látek.

Literatura
Rice University 20. 7. 2016, Science Advances 2: e1600319.

 

Datum: 23.07.2016
Tisk článku

Titan sklápěč -
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 500 Kč
cena: 445 Kč
Titan sklápěč

Související články:

Želatinou vylepšené titanové implantáty     Autor: Josef Pazdera (09.10.2013)
Nanoterminátoři z tekutého kovu proti nádorům     Autor: Stanislav Mihulka (02.12.2015)
Na Kalifornské univerzitě si nadělili výjimečně lehký a pevný kov     Autor: Stanislav Mihulka (26.12.2015)



Diskuze:

Ondřej Mlha,2016-07-26 17:43:24

Tak když se mluví o tvrdosti v souvislosti s ocelí slušelo by se napsat kolik HRC to má.

Odpovědět


Re:

kirtaP akruK,2016-07-26 20:14:04

Slitina dosahuje tvrdosti až 800HV, po převodu to vychází na nějakých 62-64 HRC.

Odpovědět


Re: Re:

Ondřej Mlha,2016-07-26 22:33:52

Aha děkuji, tak to není zase tak nic světoborného čistě ohledně tvrdosti oproti oceli. Možná by to byl zajímavý a unikátní materiál na luxusní nůž ale na špičkové nožířské ocelové materiály to mít určitě nebude. Titanové nože nedosahují kvalit ocelových, takováto slitina by je mohla přiblížit. Zajímaly by mě docela řezné vlastnosti této slitiny.

Odpovědět


Re: Re:

Oskar Zemcik,2016-08-05 12:26:13

Taky jsem se na ten článek kouknul. Podle těch čísel není pravda že by to bylo 3x víc než u ocelí, ve skutečnosti je to podobné naopak ocel zvládne i více.
To jaká fáze tam je zjišťují nejspíš podle rozměrů krystalové mřížky předpokládám s využitím rentgenografické metody.

Odpovědět


Re: Re: Re:

Oskar Zemcik,2016-08-05 12:28:44

Osobně mi tam spíš chybí klasická tahovka, to že je to tvrdé a otěruvzdorné je sice fajn ale...

Odpovědět

Nejdůležitější je však vysoká cena slitiny zajišťující vysoký obrat a růst ceny zlata na světovém trhu

Josef Hrncirik,2016-07-26 07:38:14

Bonusem je i feromagnetičnost slitiny, umožňující diskrétně, již z průchodu bezpečnostním rámem, spolehlivě určit bonitu jistiny uložené ve skeletu klienta a předem se vyhnout medicínsky nezajímavým kauzám.

Odpovědět

Alchymisti

Marek Fucila,2016-07-25 17:02:43

Mne sa zdá divné, že niekto objaví základné vlastnosti zliatiny dvoch kovov v dnešnej dobe.
Čomu sa venujú metalurgovia? Ja by som si myslel, že niečo ako: "vytvorim zliatinu v pomere 1:1, 2:1, 3:1... odmeriam a zapíšem výsledky do tabuliek" je bežný výskum. Ako tu aj v diskusii vidím, nie je to nová zliatina, tak čo je teda prínos tejto práce? Odmerali nemerané alebo overili už známe a uvedomili si možnú aplikáciu?

Odpovědět


Re: Alchymisti

Radoslav Porizek,2016-07-26 20:57:35

Ti3Al je zname uz zname uz dlho (napr http://www.wag.caltech.edu/home/wag/Goddard-festschrift.pdf).
Otazkou je, ci niekto pretym skumal jeho mechanicke vlastnosti - aj v uvedenom experimente zistili jeho tvrdost prakticky iba nahodou, ked ho chceli rozdrvit na prasok.
Dalsia otazka je, ci sa je jednalo prave o Beta-Ti3Al, alebo slo o nejaku inu priestorovu strukturu.

Odpovědět

Odkaz na originální článek

kirtaP akruK,2016-07-25 08:20:33

http://advances.sciencemag.org/content/2/7/e1600319.full
Je tam dokonce napsána tvrdost, způsob měření apod. Myslím si, že se to sem hodí, když tu vidím ty příspěvky.

Odpovědět


Dyť to říkám furt; dejte tam blbovzdorný odkaz na původní článek

Josef Hrncirik,2016-07-25 08:32:15

Nebo mi dejte 30 dolarů.

Odpovědět


Re: Dyť to říkám furt; dejte tam blbovzdorný odkaz na původní článek

Oskar Zemcik,2016-08-05 12:24:04

To je divné mně to jde otevřít zadarmo...
http://advances.sciencemag.org/content/2/7/e1600319.full

Odpovědět

Proč tají tvrdost, když je běžně měřená i u tvrdokovů i keramik a minerálů?

Josef Hrncirik,2016-07-25 06:56:53

OSEL dí: Součástí běžného postupu při zkoumání nově vytvořených materiálů je i to, že se ho vědci snaží brousit, aby ho získali v podobě prášku, který pak využijí pro analýzy s využitím rentgenového záření. Takové analýzy se hodí pro zjištění přesného složení, čistoty, krystalické struktury a dalších parametrů nového materiálu. V případě nové slitiny titanu se zlatem 3:1 se ale najednou objevil závažný technický problém. Slitinu nebylo možné běžným postupem nabrousit.
Vědma OSEL dí: Marně jsme se slitinu pokoušeli roztlouci v podiamantovaném hmoždíři podiamantovaným tloučkem.
Ubrousit si pilinky mikroflexou pod vodou jí na mysl ani nepřišlo.

Odpovědět


Re: Proč tají tvrdost, když je běžně měřená i u tvrdokovů i keramik a minerálů?

Stanislav Florian,2016-07-25 22:51:35

Staletí se brousí nejtvrdší přírodní minerál diamant právě diamantem a nyní že by byl problém jak brousit slitinu Ti:Au v poměru 3:1 tou samou slitinou? Spíš jde o sdělení, že broušení bylo obtížné a že tedy se nabízelo hledat využití tohoto tvrdého materiálu. Asi si nějak poradili, když potřebovali prášek na rentgenovou analýzu, zřejmě prach ze slitiny nejspíš lze použít k Debyeově-Scherrerově metodě rentgenové krystalografie.
http://relax.lidovky.cz/vedci-objevili-metodu-k-prodlouzeni-zivotnosti-kloubnich-nahrad-py2-/veda.aspx?c=A160525_103848_ln_veda_ape
Kloubní náhrada z vysokomolekulárního PE stabilizovaný v podstatě vitaminem E, má to prodloužit životnost kloubní náhrady a prodloužit dobu do reoperace.

Odpovědět

Až tak nový asi nebude

kirtaP akruK,2016-07-24 19:10:27

Stačí si zadat do googlu "Ti3Au" a vyjede vám několik stránek. Obvykle s placenými PDF. (Například tady http://scripts.iucr.org/cgi-bin/paper?S0365110X52000605 )
Je tam aspoň jedna stránka zpřístupněna.

Odpovědět

Jak se jim nakonec podařilo připravit prášek z nerozbitné slitiny?

Josef Hrncirik,2016-07-24 15:24:50

Je to ideální materiál na zuby překusující dráty a ohlodávající mříže či na pilníčky na brilianty a nehty.

Odpovědět


Re: Jak se jim nakonec podařilo připravit prášek z nerozbitné slitiny?

Radoslav Porizek,2016-07-24 19:27:35

1. Cim je material tvrdsi, tym lahsie sa rozbija. S rozbijanim teda nie je problem, skor naopak, aby sa pri naraze nerozbil ,ked nechceme.

2. Beta-Ti3Al ma tvrdost pod stupnom 9 (korund), rozhodne to nie je jeden z najtvrdsich materialov.

Takze tak, nie je problem ho rozbit a aj obrusit ho nie je neriesitelna uloha.

Odpovědět

Reklama clankom

Radoslav Porizek,2016-07-24 14:45:00

"Nově objevená slitina titanu se zlatem je mnohem tvrdší než běžné oceli"

Nuz a mnohe bezne materialy su zas tvrdsie nez ona slitina titanu se zlatem.Tym nie je naozaj nicim mimoriadne vynimocna.

Pri implatatoch je kriticky dolezite, aby ich telo prijalo a nezautocilo na ne ako na cudzorodu latku. Tato vlastnost sa nazyva biokompatibilita a titan je v nej dobry. Kedze ma aj vhodne mechanicke vlastnosti, je bezne pouzivanym materialom v implatatoch.

Zliatina titanu a hlinika je tvrdsia, pricom biokompatibilita by mala byt na urovni titanu.
Tvrdost neznamena celkovu mechanicku odolnost, tvrdsie materialy su krehkejsie.

Navyse pri implantatoch klbov nie je tvrdost hlavnym limitujucim faktorom. Tym je samotne rozhranie s kostou, kde sa zvyknu tvorit mikrofraktury a moze dojst az k uvolneniu implantatu.

Skratka je to jeden z tych clankov siriacim sa internetom, ktory sa snazi zavadzanim tvarit ako prevratny technologicky objav, ktorym nie je....

Odpovědět


Re: Reklama clankom

Stanislav Florian,2016-07-25 23:35:32

Tvrdá ocel má asi 8,5 stupně podle Moshe, což je méně, než korund , který má stupeň 9.
https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=27306
Titan tvrdost podle Moshe = 6, tvrdost podle Brinella je asi 120-140 HB ( podle desetin % příměsí v titanu), 4x víc jak Ti je tedy kolem HB=500, oceli se určují zpravidla tvrdost do 650 HB, pro vyšší tvrdost je patrně tato metoda nevhodná. Utkvělo mi v paměti, že kulička pro zkoušky Brinella má až 850 HB, ale bývá ze slinutého karbidu.
Klučková ložiska mají kuličky asi 60 HRC. Sdělení, že slitina Ti3-Au je tvrdší, než ocel a 4x tvrdší, než titan, chápu jako orientační.
Slitina Ti3-Au je prostě tvrdá a neriziková, vhodná pro implantáty, přínos článku je zřejmý. Snad až na "Nově objevená slitina titanu se zlatem je mnohem tvrdší než běžné oceli", uvedený pojem běžná ocel, je z kategorie běžný prací prostředek, snad se myslelo běžná antikorozní ocel.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace