美國(guó)萊斯大學(xué)科學(xué)家們主導(dǎo)的一項(xiàng)研究證明，由石墨烯片燒制成的固體材料也許會(huì)非常適合用來(lái)作為骨植入材料。參與這項(xiàng)研究的人員利用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)，將氧化石墨烯片制成了多孔固體材料。和傳統(tǒng)的骨植入材料鈦相比，這種多孔材料在力學(xué)性能和生物相容性上的表現(xiàn)都要更好。

    研究人員們相信，這一技術(shù)加上石墨模具，將可以用來(lái)制造非常復(fù)雜的石墨烯材料，而且耗時(shí)只需數(shù)分鐘，比起處理特種金屬來(lái)更方便。

    此次研究論文的共同第一作者萊斯大學(xué)博士后助理研究員 Chandra Sekhar Tiwary 表示：“石墨烯是一種非常有趣的材料，用途廣泛，它的生物相容性也很好。我們考慮用石墨烯來(lái)作為骨植入材料是因?yàn)樗膫€(gè)方面：力學(xué)性能、密度、多孔性以及生物相容性。”

    Tiwary 表示，工業(yè)界一般用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)來(lái)制造復(fù)雜的陶制零件。“只要有很高的電壓就可以立刻將石墨烯片燒結(jié)在一起，無(wú)需很高的氣壓或溫度。”通過(guò)這一技術(shù)燒制的石墨烯固體材料孔隙度達(dá)到了近 50%，密度僅為石墨的一半和鈦的四分之一，但其抗壓強(qiáng)度卻有 40 兆帕，足以用作骨植入材料。石墨烯片之間的連接力足以保證材料不會(huì)在水中解體。

    研究人員們還可以通過(guò)改變電壓來(lái)控制這一材料的密度。他們?cè)谑覝貤l件下做了一系列試驗(yàn)，嘗試 200 到 400 攝氏度的燒結(jié)溫度，結(jié)果顯示燒結(jié)溫度在 300 攝氏度時(shí)獲得的材料性能最好。Tiwary 說(shuō)道：“二維材料的好處是可以連接的地方有很多。對(duì)于石墨烯來(lái)說(shuō)，你只要突破一個(gè)很小的活化障礙就能得到非常強(qiáng)的連接。”

    他們還測(cè)試了這種固體材料的承載能力，接受測(cè)試的材料由兩層到五層石墨烯燒結(jié)而成，最高可以承受 70 微牛頓的力。德州大學(xué)安德森癌癥中心的研究人員還成功地在這一材料上培育成活了細(xì)胞，證明了其生物相容性。此外，德州大學(xué)安德森癌癥中心的研究人員還發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)過(guò)程會(huì)讓氧化石墨烯片變成更牢固、更穩(wěn)定的純雙層石墨烯。

    主導(dǎo)此次研究的萊斯材料實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家 Pulickel Ajayan 認(rèn)為：“這一材料顯示出了非常規(guī)材料在常規(guī)技術(shù)中的可能用途，但前提是二維石墨烯層可以大量被制成具備合適密度和強(qiáng)度的三維固體材料。”

    “實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)面臨的最大挑戰(zhàn)是，在工程上讓這些納米材料形成連接和牢固的接觸面。在這次研究中，用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)來(lái)將石墨烯片制成三維固體材料就非常有效。”