چکیده
مقاله حاضر مطالعه در زمینه کامپوزیت های سرامیکی آلومینا (Al2O3) تقویت شده با صفحات گرافنی (GPL) و ارتباط بین بارگذاری GPL و هر دو خواص مکانیکی و زیست سازگاری در شرایط آزمایشگاهی را ارائه می دهد. پودر Al2O3 با مقادیر مختلف GPL با استفاده از یک کوره بدون فشار محافظت شده از گاز تهیه و ساخته شد. بررسی نتایج نشان می دهد چگالی کامپوزیت ها از 99.2 تا 95.6 با بارگذاری GPL از 0.75 تا 1.48٪ حجمی متفاوت است. مطالعات رامان نشان می دهد که تراکم های متوسط GPLدر طی فرآیند آسیاکاری گلوله ای رخ می دهد و نقص های گرافیتی در طی فرآیند دما بالا ایجاد می شود. خواص مکانیکی زمینه Al2O3 با افزودن GPL به میزان قابل توجهی بهبود می یابد. حداکثر افزایش تقریبا 60٪ استحکام خمشی و 70٪ چقرمگی شکست با معرفی 0.75 % کسر حجمی GPL حاصل می شود. در آزمایشات زیست سازگاری مشخص شد که سلول هایی که به طور مستقیم بالای نمونه های GPL / Al2O3 کشت می شوند، اتصال اولیه (3 ساعت بعد از کشت) و قابلیت زنده ماندن (3 روز پس از انکوباسیون ) بهتری نسبت به Al2O3 یکپارچه نشان دادند، که نشان دهنده زیست سازگاری قابل مثایسه یا مطلوب تر کامپوزیت های GPL / Al2O3 است. خواص مکانیکی و زیستی عالی کامپوزیت های GPL / Al2O3 ممکن است این امکان را برای استفاده در طیف گسترده ای از کاربردهای مهندسی و زیست پزشکی فراهم کند.
1. مقدمه
سرامیک ها به دلیل خواص مکانیکی و زیست سازگاری برتر، برای دهه ها به عنوان مواد بیولوژیکی کاربرد داشته اند. علاوه بر این، سرامیک از نظر بالینی در اجزای استخوان پروتزهای مفصل زانو و پروتزهای مفصل مچ پا استفاده می شود ]1-2[. در سایر زمینه های پزشکی، سرامیک به عنوان استخوان مصنوعی برای ترمیم جمجمه، نقص استخوان مدور و به عنوان کاشت دندان و ایمپلنت استفاده می شود ]3-7[. با وجود استفاده گسترده، کاربردهای بیشتر سرامیک به دلیل شکنندگی ذاتی آن ها به طور جدی محدود می شود. در چند دهه گذشته، تلاش زیادی شده تا سختی سرامیک ها با استفاده از ساختارهای میکرو و نانو به عنوان تقویت کننده بهبود یابد. این روش ها شامل ارائه مرزدانه های ذاتی اضافی یا سطوح بیرونی که نابجایی-حرکت و مسیرهای طولانی اشاعه ترک را منع می کند، است.
گرافن در سال های اخیر مورد توجه جهانی قرار گرفته است. خواص الکتریکی و مکانیکی عالی، آن را برای بسیاری از کاربردها مناسب می کند ]11[. در مقایسه با گرافن های تک لایه، صفحات گرافن (GPL) گرافن های انباشته-شده با ضخامت تقریبا 100 نانومتر ساخته شده است]12[. مدول یانگ GPL با ضخامت 2 -8 نانومتر تقریباً 0.5 تراپاسکال گزارش شده است ]13[ ، بالاتر از بسیاری از سرامیک ها است. ترکیب کامپوزیت های مشابه سرامیکی تقویت شده با میکرو الیاف، ترکیب GPL در زمینه های سرامیکی انتظار می رود منجر به بهبود قابل توجه استحکام و چقرمگی شود. با این حال، اثربخشی در مقالات گزارش شده متفاوت است. پیشنهاد می شود که برای استفاده از پتانسیل کامل گرافن برای بهبود ویژگی های مکانیکی سرامیک ها ]12،14-15[ ، باید سه عامل در فرآیند ساخت به دقت مورد توجه قرار گیرد. آنها عبارتند از: الف) پراکندگی همگن GPLها در زمینه برای جلوگیری از تراکم GPLهای ناشی از نیروهای واندروالس. ب) تراکم کامل کامپوزیت ها. ج) حفظ ساختار گرافیت در طی فرآیند دما بالا. از آنجا که تراکم GPLs منبع ترک و علت تخریب خواص مکانیکی است، مسیرهای آماده سازی برای تولید پودرهای کامپوزیت GPLs / سرامیک برای اطمینان از عملکرد عالی کامپوزیت های سینتر شده بسیار مهم است. در حال حاضر ، انواع روش های آماده سازی مانند مخلوط کردن پودر معمولی، کلوئیدی و اختلاط مولکولی اتخاذ شده تا یک توزیع همگن از GPL ها در پودر سرامیک ایجاد شود. در بین آنها، مخلوط کردن پودر کارآمدترین روش و مقیاس آسان برای تولید در حجم گسترده است. به طور خاص، ثابت شده که وقتی Dimethylformamide یا N-methylformamide (NMP) به عنوان حلال استفاده شود، می توان یک پراکندگی همگن از GPLها با ضخامت نسبتاً کمی در مخلوط های پودری بدست آورد. یکی دیگر از فاکتورهای مهم حفظ GPLها در هنگام چگالش کامپوزیت ها است. به این ترتیب پیوند خوبی بین GPLs و زمینه برقرار شده و استحکام بالا می تواند حفظ شود، که انتقال بار را در فصل مشترک بین GPLها و زمینه تسهیل و بازده تقویتی و چقرمگی خوبی را ارائه می دهد.
این مقاله در نشریه ACS منتشر شده و ترجمه آن با عنوان نانوکامپوزیت های گرافن در سایت ای ترجمه به صورت رایگان قابل دانلود می باشد. جهت دانلود رایگان مقاله فارسی و انگلیسی روی عنوان فارسی (آبی رنگ) کلیک نمایید.
منبع:
Graphene-Alumina Nanocomposites with Improved Mechanical Properties for Biomedical Applications
