Flocos de grafeno soldados juntos em materiais sólidos podem ser adequados para implantes ósseos, de acordo com um estudo conduzido por cientistas da Rice University.

O cientista do laboratório de materiais do Rice, Pulickel Ajayan, e colegas do Texas, O Brasil e a Índia usaram a sinterização com plasma de centelha para soldar flocos de óxido de grafeno em sólidos porosos que se comparam favoravelmente com as propriedades mecânicas e biocompatibilidade do titânio, um material de substituição óssea padrão.

A descoberta é o assunto de um artigo em Materiais avançados .

Os pesquisadores acreditam que sua técnica lhes dará a capacidade de criar formas altamente complexas de grafeno em minutos usando moldes de grafite, que eles acreditam ser mais fácil de processar do que metais especiais.

"Começamos a pensar nisso para implantes ósseos porque o grafeno é um dos materiais mais intrigantes, com muitas possibilidades e geralmente biocompatível, "disse o pesquisador de pós-doutorado de Rice, Chandra Sekhar Tiwary, co-autor principal do artigo com Dibyendu Chakravarty do Centro Internacional de Pesquisa Avançada para Metalurgia do Pó e Novos Materiais em Hyderabad, Índia. "Quatro coisas são importantes:suas propriedades mecânicas, densidade, porosidade e biocompatibilidade. "

Tiwary disse que a sinterização de plasma de centelha está sendo usada na indústria para fazer peças complexas, geralmente com cerâmica. "A técnica usa uma alta corrente de pulso que une os flocos instantaneamente. Você só precisa de alta voltagem, não são altas pressões ou temperaturas, "disse ele. O material que eles fizeram é quase 50 por cento poroso, com uma densidade metade daquela do grafite e um quarto do metal titânio. Mas tem resistência à compressão suficiente - 40 megapascais - para qualificá-lo para implantes ósseos, ele disse. A força das ligações entre as folhas impede que ele se desintegre na água.

Os pesquisadores controlaram a densidade do material alterando a voltagem que fornece a rajada de calor altamente localizada que faz as soldas em nanoescala. Embora os experimentos tenham sido realizados em temperatura ambiente, os pesquisadores fizeram sólidos de grafeno de várias densidades, aumentando essas temperaturas de sinterização de 200 para 400 graus Celsius. Amostras feitas em temperaturas locais de 300 C provaram ser as melhores, Disse Tiwary. "O bom dos materiais bidimensionais é que eles fornecem uma grande área de superfície para conectar. Com o grafeno, você só precisa superar uma pequena barreira de ativação para fazer soldas muito fortes, " ele disse.

Com a ajuda de colegas da Hysitron em Minnesota, os pesquisadores mediram a capacidade de carga de folhas finas de grafeno ligado de duas a cinco camadas, estressando-as repetidamente com um picoindentro conectado a um microscópio eletrônico de varredura e descobriram que eram estáveis ​​até 70 micronewtons. Colegas do MD Anderson Cancer Center da Universidade do Texas cultivaram células com sucesso no material para mostrar sua biocompatibilidade. Como um bônus, os pesquisadores também descobriram que o processo de sinterização tem a capacidade de reduzir os flocos de óxido de grafeno a grafeno de duas camadas puro, o que os torna mais fortes e estáveis ​​do que as monocamadas de grafeno ou óxido de grafeno.

"Este exemplo demonstra o possível uso de materiais não convencionais em tecnologias convencionais, "Disse Ajayan." Mas essas transições só podem ser feitas se materiais como camadas de grafeno 2-D puderem ser escalonadamente transformados em sólidos 3-D com densidade e força adequadas.

"Junções de engenharia e interfaces fortes entre blocos de construção em nanoescala são o maior desafio para alcançar tais objetivos, mas neste caso, a sinterização de plasma de centelha parece ser eficaz na união de folhas de grafeno para produzir sólidos 3-D fortes, " ele disse.