محققان دانشگاه تهران با به‌کارگیری امواج فراصوت و ایجاد یک سطح نانوساختار بر روی یک نوع آلیاژ تیتانیوم نوظهور، قابلیت آن را برای تولید ایمپلنت‌های استخوانی مورد ارزیابی قرار دادند.
به گزارش آردی نیوز و به نقل از ایسنا، دکتر مهدی خردمندفرد، دانش‌آموخته مقطع دکتری دانشگاه تهران، با اشاره به عملکرد خوب برخی از آلیاژهای نوظهور تیتانیوم نوع “بتا” برای کاربردهای پزشکی، گفت: بر این اساس در این پژوهش تلاش شد تا گامی در جهت استفاده درون تنی آلیاژ تیتانیوم بتا در مقیاس انبوه برداریم، بر این اساس با اعمال عملیات سطحی فراصوتی بر روی یک نوع آلیاژ تیتانیوم نوظهور بتا موسوم به TNTZ عملکرد مکانیکی و زیستی این آلیاژ را بهبود بخشیدیم.
وی مهمترین خاصیت مکانیکی این آلیاژ را دارا بودن مدول یانگ پایین و نزدیک به مدول یانگ استخوان دانست و ادامه داد: اعمال عملیات سطحی فراصوتی موجب می‌شود تا سطح آلیاژ، ساختاری نانویی پیدا کرده و افزایش چندین برابری مقاومت به سایش و همچنین فعالیت‌های زیستی را به دنبال داشته باشد.
این محقق در خصوص نحوه اثرگذاری امواج فراصوت بر خواص سطحی آلیاژ توضیح داد: اعمال فرایند فراصوت بر روی سطح آلیاژ موجب ایجاد تغییر شکل پلاستیک شدید سطحی و متعاقب آن کاهش قابل‌توجه اندازه دانه‌های سطحی و افزایش مرز دانه می‌شود. این موضوع افزایش انرژی سطحی و قابلیت ترشوندگی شده و بهبود چسبندگی سلولی را در پی خواهد داشت. از سوی دیگر کاهش اندازه دانه باعث می‌شود سختی، مقاومت به سایش و مقاومت به خستگی نیز ارتقا پیدا کند.
خردمندفرد خاطرنشان کرد: در مطالعه حاضر پس از اعمال فرایند اصلاحی نانوساختار سطحی فراصوت بر روی آلیاژ تیتانیوم بتا TNTZ (Ti-۲۹Nb-۱۳Ta-۴.۶Zr)، مشخصه‌یابی ساختاری و فازی سطحی به کمک آزمون XRD انجام شده‌است. در ادامه به‌منظور بررسی دقیق‌تر، جزییات ریزساختاری میکروسکوپ الکترون عبوری (TEM) مورد استفاده قرار گرفته‌است. در نهایت نمونه‌ها از منظر عملکرد مکانیکی (سایش و سختی) و زیستی (چسبندگی سلولی) ارزیابی شده‌اند. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، اعمال فرایند نانوساختارسازی سطحی فراصوت بر روی آلیاژ TNTZ موجب بهبود ۷ برابری مقاومت به سایش و دو برابری چسبندگی سلولی نسبت به آلیاژ پایه می‌شود.
این تحقیقات از سوی دکتر مهدی خردمندفرد، دانش‌آموخته مقطع دکتری و دکتر فرشید کاشانی بزرگ، عضو هیأت علمی دانشگاه تهران اجرایی شده و نتایج این کار در Journal of Alloys and Compounds با ضریب تأثیر ۳.۷۷۹ منتشر شده است.