Estudo e caracterização de nanotubos de TiO2 crescidos por oxidação anódica sobre ligas de Ti

Estudo e caracterização de nanotubos de TiO2 crescidos por oxidação anódica sobre ligas de Ti

• Autor
• Lucas Sevieri Chagas
• Co-autores
• Rafael Kenji Nishihora , Cauê Machado Bueno , João Francisco Almeida , Kátia Franklin Albertin Torres , Anibal de Andrade Mendes Filho
• Resumo

• Os nanotubos de TiO2 (NTT) são estruturas tubulares vazadas, de escala nanométrica crescidos sobre algum substrato de titânio, pelo processo de anodização eletroquímica na presença de íons flúor. Por meio da manipulação dos parâmetros eletroquímicos, é possível otimizar as dimensões e propriedades dos tubos para priorizar aplicações específicas. Entre as aplicações mais mencionadas, encontra-se a área biomédica, responsável pelo recobrimento de implantes ortopédicos, acelerando o processo de restauração óssea ao permitir uma maior deposição celular em sua superfície, facilitando a reconstrução óssea. Atualmente, ligas como o Ti6Al-4V (Ti64) são amplamente usadas na medicina para implantes, pois são bioinertes, porém, a longo prazo, ocorrem agravamentos, como o stress shielding e a emissão de íons V e Al que podem causar avarias ao corpo. Uma possível maneira de contornar tal problema é por meio da substituição de, tal liga pelo Ti-29Nb-13Ta-4,6Zr (TNTZ), que não apresenta tais problemas. O objetivo deste trabalho é, portanto, comparar os NTT formados sobre as ligas de TNTZ e Ti64 em diferentes condições de anodização visando otimizar suas propriedades mecânicas para aplicações biomédicas. A metodologia implementada foi o polimento das amostras, seguido pela anodização fluoretada a diferentes potenciais, promovendo o crescimento de nanotubos, e então, recozendo as nanoestruturas a 450°C, para desenvolvimento de sua fase cristalina. Foram realizadas nanoindentações para verificação das propriedades mecânicas da camada tubular, e as dimensões dos tubos foram medidas por MEV. A verificação da estrutura cristalina ocorreu por DRX. Dessa forma, foi possível observar curvas características de densidade de corrente associadas com o crescimento de nanotubos por anodização, sendo observado também densidades de corrente maiores para o TNTZ, provando que este produz um filme mais propenso à migração iônica. A partir das análises das imagens obtidas por MEV, verificou-se a elevada taxa de crescimento, e reduzida taxa de aumento do diâmetro interno dos NTT crescidos sobre a liga de TNTZ, além de apresentarem paredes tubulares mais lisas e isentas de costelas, sendo essas características muito associadas a nanotubos crescidos em meio orgânico; para ambos os casos, verificou-se a presença do filme poroso residual recobrindo as estruturas. Após o tratamento térmico, verificou-se a redução do diâmetro interno dos nanotubos e ao colapso parcial do filme poroso residual. Com base na análise da DRX, verificou-se a formação de anatase com o tratamento térmico apenas para os filmes crescidos sobre Ti64. Referente aos ensaios de nanoindentação, pode ser verificado que: i) efeitos adjacentes do potencial de anodização não se mostraram triviais na modificação do módulo elástico dos filmes, ii) que o aumento da carga máxima de indentação implica na condensação dos tubos, resultando no aumento de seu módulo elástico, principalmente se a matriz for atingida, e iii) que mesmo possuindo aparente maior porosidade, foi possível observar que o filme crescido sobre o TNTZ apresentou menor módulo elástico. Por fim, o grupo propôs um mecanismo teórico para justificar a permanência de filmes porosos recobrindo nanotubos durante a anodização em meios orgânicos com base no mecanismo de fluxo plástico assistido por campo elétrico, que consiste na baixa eficiência desse mecanismo em assegurar a formação de uma camada de flúor entre diferentes paredes de tubos nas regiões superiores dessas estruturas devido à elevada taxa de crescimento óxido resultante nas primeiras fases do crescimento anódico, levando tardiamente a completa conversão dos nanoporos em nanotubos.

• Palavras-chave
• Nanotubos de TiO2, caracterização mecânica, Ti-6Al-4V, Ti-29Nb-13Ta-4, 6Zr, mecanismo de anodização
• Modalidade
• Comunicação oral
• Área Temática
• Materias Funcionais Avançados