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Effects of Titanium and Carbon Nanotubes on Nano/Micromechanical Properties of HA/TNT/CNT Nanocomposites
Applied Surface Science ( IF 6.7 ) Pub Date : 2021-02-01 , DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.148123 Erfan Zal Nezhad , Xiang Qu , Farayi Musharavati , Fadi Jaber , Mark R. Appleford , S. Bae , Kaan Uzun , Morgan Struthers , Muhammad E.H. Chowdhury , Amith Khandakar
Applied Surface Science ( IF 6.7 ) Pub Date : 2021-02-01 , DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.148123 Erfan Zal Nezhad , Xiang Qu , Farayi Musharavati , Fadi Jaber , Mark R. Appleford , S. Bae , Kaan Uzun , Morgan Struthers , Muhammad E.H. Chowdhury , Amith Khandakar
Abstract In this study, hydroxyapatite/titanium nanotube/carbon nanotube (HA/TNT/CNT) nanocomposites with different CNT contents were fabricated using a combination of hydrothermal and sol–gel methods. The nanocomposite powders were pressed at 350 MPa using the cold isostatic pressing technique and sintered at 1050 °C in a tube furnace in the presence of Ar gas. The nano/micromechanical properties, biocompatibility, and tribological characteristics of HA-based composites (with versatile mass ratios of CNT: 1.0, 1.5, and 2.0 wt%) were investigated. According to hardness-test results, the HA/TNT/CNT (2.0 wt% CNTs) composite exhibited the highest surface hardness (235.9 HV) among the samples. Wear-resistance tests were performed under different normal loadings. HA/TNT/CNT with higher CNT content exhibited a lower wear rate than the other samples. Nanoindentation tests were performed, and the nanohardness and elastic modulus of the HA were 62.41 and 1.821 GPa, respectively. These values were increased to approximately 98.7 and 5.3 GPa, respectively, for HA/TNT/CNT-2.0 (after the addition of TNTs and CNTs). The inclusion of 2.0 wt% CNTs in the HA/TNT composite reduced the wear debris volume by ∼ 66% owing to the enhanced modulus of elasticity and hardness. Moreover, in-vitro biocompatibility tests revealed that HA/TNT/CNT-2.0 had no cytotoxicity.
中文翻译:
钛和碳纳米管对HA/TNT/CNT纳米复合材料纳米/微机械性能的影响
摘要 在本研究中,采用水热法和溶胶-凝胶法相结合的方法制备了具有不同 CNT 含量的羟基磷灰石/钛纳米管/碳纳米管 (HA/TNT/CNT) 纳米复合材料。使用冷等静压技术在 350 MPa 下压制纳米复合粉末,并在 Ar 气体存在下在管式炉中在 1050 °C 下烧结。研究了基于 HA 的复合材料(具有多种质量比的 CNT:1.0、1.5 和 2.0 wt%)的纳米/微米机械性能、生物相容性和摩擦学特性。根据硬度测试结果,HA/TNT/CNT(2.0 wt% CNTs)复合材料在样品中表现出最高的表面硬度(235.9 HV)。在不同的正常载荷下进行了耐磨试验。具有较高 CNT 含量的 HA/TNT/CNT 表现出比其他样品更低的磨损率。进行了纳米压痕测试,HA的纳米硬度和弹性模量分别为62.41和1.821 GPa。对于 HA/TNT/CNT-2.0(添加 TNT 和 CNT 后),这些值分别增加到大约 98.7 和 5.3 GPa。由于弹性模量和硬度的提高,在 HA/TNT 复合材料中包含 2.0 wt% 的碳纳米管使磨屑体积减少了约 66%。此外,体外生物相容性测试表明 HA/TNT/CNT-2.0 没有细胞毒性。由于弹性模量和硬度增加,HA/TNT 复合材料中的 0 wt% CNT 使磨屑体积减少了约 66%。此外,体外生物相容性测试表明 HA/TNT/CNT-2.0 没有细胞毒性。由于弹性模量和硬度增加,HA/TNT 复合材料中的 0 wt% CNT 使磨屑体积减少了约 66%。此外,体外生物相容性测试表明 HA/TNT/CNT-2.0 没有细胞毒性。
更新日期:2021-02-01
中文翻译:
钛和碳纳米管对HA/TNT/CNT纳米复合材料纳米/微机械性能的影响
摘要 在本研究中,采用水热法和溶胶-凝胶法相结合的方法制备了具有不同 CNT 含量的羟基磷灰石/钛纳米管/碳纳米管 (HA/TNT/CNT) 纳米复合材料。使用冷等静压技术在 350 MPa 下压制纳米复合粉末,并在 Ar 气体存在下在管式炉中在 1050 °C 下烧结。研究了基于 HA 的复合材料(具有多种质量比的 CNT:1.0、1.5 和 2.0 wt%)的纳米/微米机械性能、生物相容性和摩擦学特性。根据硬度测试结果,HA/TNT/CNT(2.0 wt% CNTs)复合材料在样品中表现出最高的表面硬度(235.9 HV)。在不同的正常载荷下进行了耐磨试验。具有较高 CNT 含量的 HA/TNT/CNT 表现出比其他样品更低的磨损率。进行了纳米压痕测试,HA的纳米硬度和弹性模量分别为62.41和1.821 GPa。对于 HA/TNT/CNT-2.0(添加 TNT 和 CNT 后),这些值分别增加到大约 98.7 和 5.3 GPa。由于弹性模量和硬度的提高,在 HA/TNT 复合材料中包含 2.0 wt% 的碳纳米管使磨屑体积减少了约 66%。此外,体外生物相容性测试表明 HA/TNT/CNT-2.0 没有细胞毒性。由于弹性模量和硬度增加,HA/TNT 复合材料中的 0 wt% CNT 使磨屑体积减少了约 66%。此外,体外生物相容性测试表明 HA/TNT/CNT-2.0 没有细胞毒性。由于弹性模量和硬度增加,HA/TNT 复合材料中的 0 wt% CNT 使磨屑体积减少了约 66%。此外,体外生物相容性测试表明 HA/TNT/CNT-2.0 没有细胞毒性。