2-12
Luiza Felippi de Lima, J.E. Zorzi, R.C.D. Cruz
Basalts, which cover about 70% of the Earth's surface, are igneous rocks originating from cooling and solidifying the magma on the Earth's surface. Products obtained from the melting of rocks have a wide market and can be considered the precursors of glass-ceramic technology. These materials are promising due to the possibility of converting low-cost natural raw materials into products with excellent mechanical, thermal, and chemical properties. In this article, a general overview of the basic principles for obtaining basaltic glass-ceramic materials will be made, as well as their properties, applications, and potentialities.
Key words:Basalt Glass-ceramic Properties Applications
Vitrocerámica basáltica: una breve revisión
Los basaltos, que cubren aproximadamente el 70% de la superficie de la Tierra, son rocas ígneas que se originan al enfriar y solidificar el magma en la superficie terrestre. Los productos obtenidos de la fusión de rocas tienen un amplio mercado y pueden considerarse los precursores de la tecnología de vitrocerámica. Estos materiales son prometedores debido a la posibilidad de convertir materias primas naturales de bajo costo en productos con excelentes propiedades mecánicas, térmicas y químicas. En este artículo se realiza una descripción general de los principios básicos para obtener materiales basálticos de vitrocerámica, así como sus propiedades, aplicaciones y potencialidades.
Palabras clave:
Basalto Vitrocerámica Propiedades Aplicaciones
13-26
Liliana Gianni, Hélène Renel, Aleksandar Kremenović, Philippe Colomban
Representative ‘Bluespeckled’ (13–16th centuries) and ‘Brownspeckled’ (13–21st century) wares recovered from the excavations in Qalhât or collected around Bahlâ city (Sultanate of Oman) were characterized by XRPD, SEM-EDS, Raman/optical microspectroscopy, and thermal expansion. Minerals present in the body (quartz, augite and albite as major phases, calcite, dolomite, rutile, anatase, phosphate, hematite and magnetite as minor phases) were identified by XRPD and/or Raman spectroscopy. SEM-EDXS microanalysis was performed on the glazes in order to compare their composition, especially the type of flux. The firing temperatures measured from the thermal expansion curves range between 1080°C and 1150°C. This preliminary study confirms that the first differentiation can be made by considering non-invasive Raman technique and thermal expansion measurement is sufficient to get an extensive comparison of the wares. A local place of production is likely for the body of all samples but importation of the glazes of ‘Bluespeckled’ wares is questioned. Modern Bahlâ productions cannot be considered to have inherited the Qalhât ones. Ba-rich, cassiterite-opacified glaze corresponding to the Late Islamic Arabic Period appears as a new technology without a connection to the ancient one.
Key words:Firing Glaze Traditional ceramics Provenance studies Augite
‘Blue-’ and ‘Brown-speckled’ pottery from Qalhât, the Sultanate of Oman (13–16th centuries): Comparison with traditional Omani 19–20 century productions
Las mercancías representativas ‘moteadas de azul’ (siglos XIII-XVI) y ‘moteadas de marrón’ (siglos XIII-XXI) recuperadas de las excavaciones en Qalhât o recolectadas alrededor de la ciudad de Bahlâ (Sultanato de Omán) se caracterizaron por microscopía XRPD, SEM-EDS, Raman, microscopía y expansión térmica. Los minerales presentes en el cuerpo (cuarzo, augita y albita como fases principales, calcita, dolomita, rutilo, anatasa, fosfato, hematita y magnetita como fases menores) se identificaron mediante espectroscopía XRPD y/o Raman. Se realizó un microanálisis SEM-EDXS en los esmaltes para comparar su composición, especialmente el tipo de flujo. Las temperaturas de cocción medidas a partir de las curvas de expansión térmica oscilan entre 1080° C y 1150° C. Este estudio preliminar confirma que la primera diferenciación se puede hacer considerando la técnica Raman no invasiva y la medición de la expansión térmica es suficiente para obtener una comparación extensa de las mercancías. Es probable que haya un lugar de producción local para el cuerpo de todas las muestras, pero se cuestiona la importación de los esmaltes de las mercancías “moteadas de azul”. No se puede considerar que las producciones modernas de Bahlâ hayan heredado las de Qalhât. El esmalte opacificado con casiterita, rico en Ba correspondiente al último período árabe islámico, aparece como una nueva tecnología sin conexión con la antigua.
Palabras clave:
Sinterizado Vidriar Cerámica tradicional Estudios de procedencia Augita
27-34
Hassan Nosrati,Dang Quang Svend Le, Reza Zolfaghari Emamehc, Maria Canillas Perez, Cody Eric Bünger
Since recent research indicates that the addition of graphene increases the mechanical and biological properties of calcium phosphates simultaneously, graphene oxide (GO) was used in this research to enhance the properties of brushite cement. The main objective of this study is to investigate the mechanism of nucleation and growth of brushite crystals on GO sheets. Calcium nitrate tetrahydrate and diammonium hydrogenphosphate were used as calcium and phosphate precursors. The brushite chemical precipitation method on graphene sheets was used in this study and computer-assisted modeling was used to understand the process. The results of this study showed that the hybrid powders contained brushite and GO. Brushite crystals were grown after nucleation in proportion to the three main planes containing (020), (121¯), and (141). The final particles were plate shaped. The results of setting time tests showed that increasing the GO% decreases the setting time and this trend continues with an increasing amount of GO. The results of the mechanical evaluation showed that increasing the GO by up to 2% increased the mechanical properties and more than that decreased the mechanical properties.
Key words:
Nucleación y crecimiento de cristales de brushita sobre láminas de grafeno para su aplicación como cementos óseos
Estudios recientes muestran una mejora de las propiedades mecánicas y biológicas de los fosfatos de calcio con la adición de grafeno. En este trabajo, el óxido de grafeno (GO) se propone para mejorar las propiedades de cementos de composición brushita. El principal objetivo es estudiar el mecanismo de nucleación de cristales de brushita sobre láminas de grafeno. Como precursores de calcio y fosfato se han usado nitrato cálcico tetrahidratado e hidrogenofosfato amónico. Para comprender el proceso se ha usado el método de precipitación química de la brushita sobre láminas de grafeno, y la modelización asistida por ordenador. Los resultados mostraron que el producto de síntesis consistía en un polvo híbrido que contenía brushita y GO. Los cristales de brushita crecieron, tras su nucleación, a lo largo de los planos principales (020), (121¯) y (141). Las partículas resultantes tienen morfología de plaquetas. Las medidas de los tiempos de endurecimiento mostraron que el aumento en GO disminuye el tiempo de endurecimiento. En cuanto al estudio de las propiedades mecánicas reveló que el incremento en GO, hasta del 2%, mejora las propiedades mecánicas para disminuir una vez se excede dicha cantidad.
Palabras clave:
Oxido de grafeno Brushita Tiempo de endurecimiento Modelado Cemento para defectos óseos
35-41
Mário Andrean Macedo Castro, Thayane Oliveira Portela, Gricirene S. Correa, Marcelo Moizinho Oliveira, José Hilton Gomes Rangel, Samuel Filgueiras Rodrigues, José Manuel Rivas Mercury
Hydroxyapatite is the main bones and teeth inorganic mineral component. This material has been an object of research aiming its use in biomaterials as bone replacement option for biomedical applications. In this investigation, the synthesis of hydroxyapatite was studied by the Hydrothermal (HT) and Microwave Irradiation (MW) methods. Here, parameters such as pH (9 and 11) and synthesis time were varied, and residue of chicken eggshell was used as calcium precursor. The obtained powders were characterized by X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Dispersive Energy X-ray Spectroscopy (EDS), and Transmission Electron Microscopy (TEM). The results showed that the material synthesized when the pH reached the value of 9 which generated less carbonated powders than those with pH of 11. The Hydrothermal method presented more satisfactory morphological results according to the TEM analysis. This procedure was considered more suitable as a route to obtain hydroxyapatite as biomaterial.
Key words:Hydroxyapatite Eggshell Hydrothermal Microwave
Síntesis de hidroxiapatita por métodos hidrotermal e irradiación de microondas a partir de una fuente de calcio biogénico variando el pH y el tiempo de síntesis
La hidroxiapatita es el principal componente mineral inorgánico de huesos y dientes. Este material ha sido objeto de investigación dirigida a su uso en biomateriales como sustituto óseo en aplicaciones biomédicas. En este trabajo, se estudió la síntesis de hidroxiapatita utilizando los métodos hidrotermal (HT) y de irradiación de microondas (MW), variando parámetros como el pH (9 y 11) y el tiempo de síntesis, utilizando como precursor de calcio, el residuo de la cáscara de huevo de gallina. Los sólidos (polvo) obtenidos se caracterizaron por difracción de rayos X (DRX), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopía de energía dispersiva (EDS) y microscopía electrónica de transmisión (MET). Los resultados mostraron que el material sintetizado a pH 9 generó polvos menos carbonatados que aquellos obtenidos a pH 11. El método hidrotérmico presentó resultados morfológicos más satisfactorios según el análisis de MET. Este procedimiento se consideró más adecuado como una ruta para obtener hidroxiapatita como biomaterial.
Palabras clave:
Hidroxiapatita Cáscara de huevo Hidrotermal Microondas
42-53
Eugeni Cañas, Alina Grünewald, Rainer Detsch, María José Orts, Enrique Sánchez, Aldo R. Boccaccini
This research has addressed a complete study of the bioactivity of bioactive glass coatings obtained by atmospheric plasma spraying. The coatings have been characterized in terms of microstructure, adhesion, crystalline phases and bioactivity. Hydroxycarbonate apatite formation was also monitored following a standard protocol and the in vitro cell response was evaluated by human osteoblast-like cells (MG-63 cells) incubation.
The obtained coatings shown a microstructure typical of glass coatings. A simulated body fluid test proved that coatings are capable of developing a surface layer of hydroxycarbonate apatite whereas the appearance of this phase takes place at a longer time than that observed for the powder feedstock. Cell-culture test showed multidirectional growth of MG-63 cells which promoted good contact between cells and the surface of the coating. This study has confirmed a positive effect of the coatings in terms of surface bioactivity and, more interestingly, it has proven an adequate cell-material interaction on the coating surface.
Key words:Bioactive glass powder Atmospheric plasma spraying Bioactive glass coatings Simulated body fluid Cell culture test
Estudio in vitro de recubrimientos de vidrio bioactivo depositados mediante proyección térmica por plasma atmosférico
Este trabajo ha abordado un estudio completo de la bioactividad de recubrimientos de vidrio bioactivo depositados mediante proyección térmica por plasma atmosférico. Se han caracterizado la microestructura, la adherencia, las fases cristalinas y la bioactividad de los recubrimientos obtenidos. También se ha estudiado la formación de hidroxiapatita carbonatada siguiendo un protocolo estándar y se ha evaluado la respuesta in vitro de los recubrimientos mediante su incubación con osteoblastos humanos (células MG-63).
Los recubrimientos obtenidos han mostrado una microestructura típica de recubrimientos de vidrio. Tras la inmersión en fluido biológico simulado, se ha comprobado que el recubrimiento es capaz de desarrollar una capa superficial de hidroxiapatita carbonatada, aunque la velocidad de aparición de esta capa es menor que la observada para el polvo de vidrio de partida. El ensayo de cultivo celular ha mostrado un crecimiento multidireccional de las células MG-63, dando lugar a un buen contacto entre las células y la superficie del recubrimiento. Este estudio ha confirmado un efecto positivo de los recubrimientos en términos de bioactividad de la superficie y, lo que es más interesante, ha demostrado una adecuada interacción célula-material sobre la superficie del recubrimiento.
Palabras clave:
Polvo de vidrio bioactivo Proyección térmica por plasma atmosférico Recubrimiento de vidrio bioactivo Fluido biológico simulado Ensayos de cultivo celular
54-63
Assia Belbali, Kamel Loucif, Aitana Tamayo,Juan Rubio, Fausto Rubio
The reaction between chamotte and active carbon at high temperature and low oxygen partial pressure conditions has been investigated. Both components react at temperatures above 1400°C where cristobalite is reduced by the carbon while increases the mullite content. At 1600°C mullite tends to disappear due to the reduction reaction leading to the formation of alumina. The reaction between chamotte and active carbon in these conditions produces the reduction of silica and mullite. This process increases with the reaction time although not all the active carbon is consumed. The graphite nanodomain size of the active carbon tends to decrease with respect to the original size with both the temperature and the reaction time. The microstructures of the obtained materials present a glassy phase due to the inherent presence of impurities in chamotte, and where small particles, pores and mullite needles are also observed. The presence of this glassy phase becomes more pronounced with the treating temperature while solid particles and pores tend to disappear, moreover, the formation of the glassy phase occurs in a less extent due to the higher concentration of active carbon. The presence of the liquid glassy phase also favours the formation of the long-needle like mullite crystals.
Key words:Kaolin Synthetic methods of silicon carbideH igh-temperature Carboreduction
Influencia de la temperatura de tratamiento en la estructura y microestructura de compuestos de chamota-carbón
Se ha estudiado la reacción que ocurre entre chamota y carbono activo a alta temperatura y en atmósfera con baja presión parcial de oxígeno. Ambos compuestos reaccionan a temperaturas superiores a los 1.400°C y ocurren con la reacción de reducción de la cristobalita y aumento del contenido en mullita. A 1.600°C la mullita tiende a desaparecer por reducción, lo que conlleva la aparición de alúmina. La reacción de chamota y carbono activo en estas condiciones produce la reducción de la sílice y la reducción de la mullita. Este proceso aumenta con el tiempo de reacción, aunque no se consume todo el carbón activo. El tamaño de los nanodominios de carbono tiende a disminuir con respecto a su tamaño original tanto con la temperatura como con el tiempo de reacción. La microestructura de los materiales obtenidos presenta una fase vítrea originada por las impurezas de la chamota y donde también se pueden observar pequeñas partículas, poros y agujas de mullita. La presencia de esta fase vítrea es más pronunciada con la temperatura de tratamiento mientras que las partículas y los poros tienden a desaparecer. Además, la formación de esta matriz vítrea es menor cuando aumenta el contenido en carbono. La presencia de la fase líquida de vidrio favorece la formación de agujas de mullita.
Palabras clave:
Caolín Métodos sintéticos de carburo de silicio Alta temperatura Reducción carbotérmica
64-75
Akher Ali, Md Ershad, Sumit Hira, Ram Pyare
Zirconia and silver oxide substituted 1393 bioactive glasses (1393Zr and 1393Zr–1Ag) were prepared by sol-gel technique and sintered at 900–1100°C. ZrO2 incorporation into the glass was on the sole purpose of mechanical performance augmentation, while Ag2O being antibacterial, their incorporation on microbial efficacy, in vitro bioactivity and cytocompatibility were assessed. The Ag2O incorporated glass showed minimal effect on bioactivity of the parent glass. Both the cytocompatibility (U2-OS cells using MTT assay) and antibacterial efficacy (by using Bacillus subtilis; and Escherichia coli) were found significantly improved in silver doped glass than the undoped one. Excellent mechanical performance was also observed in 1393Zr-1Ag compared to the both pure 1393 glass and 1393Zr. Thus, Ag2O incorporation into 1393Zr not only introduced the bactericidal efficacy, but also enhanced the mechanical properties of the glass, while leaving bioactivity unharmed. Thus the Ag2O incorporated 1393Zr seems a potential biomaterial for bone tissue engineering application.
Key words:Glass ceramics 1393 bio-glass Sol-gel Cytocompatibility Cell culture Antibacterial activity
Evaluación de citocompatibilidad mecanoquímica e in vitro de vidrios bioactivos 1393 sustituidos con plata modificada con zirconia
Se prepararon vidrios bioactivos 1393 sustituidos con óxido de plata y circonia (1393Zr y 1393Zr-1Ag) mediante la técnica sol-gel y se sinterizaron a 900-1100°C. La incorporación de ZrO2 en el vidrio tenía el único propósito de aumentar el rendimiento mecánico, mientras que Ag2O era antibacteriano, se evaluó su incorporación en la eficacia microbiana, la bioactividad in vitro y la citocompatibilidad. El vidrio incorporado Ag2O mostró un efecto mínimo sobre la bioactividad del vidrio original. Tanto la citocompatibilidad (células U2-OS usando el ensayo MTT) como la eficacia antibacteriana (usando B. subtilis y E. coli) se encontraron significativamente mejoradas en el vidrio dopado con plata que en el no dopado. También se observó un excelente rendimiento mecánico en 1393Zr-1Ag en comparación con el vidrio 1393 puro y el 1393Zr. Por lo tanto, la incorporación de Ag2O en 1393Zr no solo introdujo la eficacia bactericida, sino que también mejoró las propiedades mecánicas del vidrio, dejando intacta la bioactividad. Por lo tanto, el Ag2O incorporado 1393Zr parece un biomaterial potencial para la aplicación de ingeniería de tejido óseo.
Palabras clave:
Cerámica de vidrio 1393 bio-vidrio Sol-gel Citocompatibilidad Cultivo celular Actividad antibacterial
76-81
Yinusa Daniel Lamidi, Seun Samuel Owoeye, Segun Michael Abegunde
In this present study, synthetic tobermorites are prepared using bio-waste (snail shell) and municipal waste (container glasses) as lime and silica precursors respectively. Six batch compositions were formulated with varying combination of soda-lime glass and snail shell ash. The bodies were sintered at 950°C for a holding period of 2h in an electric muffle furnace. Analyses such as scanning electron microscopy (SEM/EDS), Fourier Transform Infra-red Spectroscopy (FT-IR), X-ray diffractometry (XRD) were used to assess the microstructure, functional groups and the phase composition of the prepared tobermorites respectively. The results of the morphology shows that the tobermorites possess irregular but spherical shaped grain with coated water films while the EDS shows the presence of Ca and Si with small amount of Al confirming tobermorite. The FT-IR indicates Ca–O–Si and Si–O–Si as main functional groups while the phase composition investigated by XRD indicate low intensity peaks of calcium silicate (CaSiO3).
Key words:Tobermorites Snail shell ash Soda-lime glass Solid state reaction
Preparación y caracterización de tobermorita sintética (CaO-Al2O3-SiO2-H2O) utilizando residuos sólidos biológicos y municipales como precursores por reacción en estado sólido
En este estudio, las tobermoritas sintéticas se preparan utilizando biorresiduos (caparazón de caracol) y residuos municipales (vasos de contenedores) como precursores de cal y sílice, respectivamente. Se formularon seis composiciones discontinuas con una combinación variable de vidrio de cal sodada y ceniza de concha de caracol. Los cuerpos se sinterizaron a 950°C durante un período de retención de 2 h en un horno de mufla eléctrico. Se utilizaron análisis como microscopía electrónica de barrido (SEM/EDS), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), difractometría de rayos X (XRD) para evaluar la microestructura, los grupos funcionales y la composición de fase de las tobermoritas preparadas, respectivamente. Los resultados de la morfología muestran que las tobermoritas poseen un grano irregular pero esférico con películas de agua recubiertas, mientras que el EDS muestra la presencia de Ca y Si con una pequeña cantidad de Al que confirma la tobermorita. El FT-IR indica Ca-O-Si y Si-O-Si como grupos funcionales principales, mientras que la composición de fase investigada por XRD indica picos de baja intensidad de silicato de calcio (CaSiO3).
Palabras clave:
Tobermoritas Ceniza de concha de caracol Vidrio de soda-lima Reacción en estado sólido
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