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Document Type: Dissertação
Title: Modelagem computacional dos defeitos substitucionais na hidroxiapatita
Authors: Santos, Ricardo Daniel Soares
Issue Date: 30-Jul-2014
Advisor: Rezende, Marcos Vinícius dos Santos
Resumo : Os compostos formados a base de fosfatos de cálcio têm sido muito utilizados em diferentes aplicações biomédicas devido a sua excelente capacidade de ser considerado como um material que apresenta importantes propriedades de bioatividade, biocompatibilidade e biofuncionalidade com os mais diversos tipos de tecidos. Dentre tipos de fosfatos, a Hidroxiapatita HAP, composto cuja fórmula [Ca10(PO4)6(OH)2] é um dos principais biomateriais cerâmicos utilizados como um material que apresenta a capacidade de substituição nos tecidos óssea devido as suas características e propriedades serem similares aos tecidos a que são incorporados. A HAP quando dopada, pode apresentar interessantes aplicações tecnológicas. Deste modo, para estudar a incorporação dos dopantes na HAP utilizamos do método da modelagem computacional estática. Na primeira etapa, foi obtido um novo conjunto de potenciais que reproduziu as estruturas cristalinas para os óxidos precursores de cálcio, fósforo e a estrutura da HAP. Em seguida, foram estudados os defeitos intrínsecos do tipo Schottky e Frenkel. Dos resultados obtidos foi possível concluir que o defeito mais provável de ocorrer foi o defeito pseudo-Schottky do cálcio, seguido do defeito Frenkel de cálcio. Foi observamos também que de todos os defeitos intrínsecos calculados, os defeitos envolvendo vacância de cálcio foram os mais prováveis. O passo seguinte foi a determinação dos defeitos extrínsecos para as incorporações de metais: divalentes, metais trivalentes de transição, trivalentes terras-raras, tetravalentes e pentavalentes. Para a incorporação dos íons divalentes verificamos que eles são mais prováveis serem substituídos no sítio de cálcio. No caso dos metais trivalentes de transição, os mecanismos de incorporação no sítio de cálcio compensado por oxigênio intersticial e o mecanismo de incorporação no sítio de cálcio compensado por vacância de fósforo ambos no sítio de Ca1 foram os defeitos mais favoráveis. Para o caso dos dopantes trivalentes terras-raras foram observadas que todos os íons terras-raras trivalentes preferem serem substituídos no sítio de cálcio compensado por vacância de cálcio, oxigênio intersticial, vacância de fósforo e hidroxila intersticial, como sendo os mecanismos mais prováveis. Para caso dos defeitos tetravalente, foram observados comportamentos diferentes. No caso do íon dopante Mn4+, foi notado que este prefere ser incorporado no sítio de P compensado por vacância de oxigênio, já no caso do íon de Cr4+, foi verificado que a incorporação no sítio de Ca compensado por hidroxila intersticial foi o mais mais provável. Por fim, foi a verificada que a substituição do Nb5+ no sítio de cálcio compensado por hidroxila intersticial foi o mecanismo mais provável.
Abstract: Hydroxyapatite - HAP compound have been widely studied due to several application. This materials approach important properties as bioactivity, biocompatibility and biofunctionality. HAP is a main biomaterials used as a ceramic material due the ability to replace bone tissue due to similar characteristics and properties to the tissue. A range of interesting application occurs when the HAP is doped. Therefore, a computer modelling, based on energy minimisation approach, was used to investigate the defects in HAP. A new set of potential parameters were fitted in order to reproduce all the experimental crystalline structure involved dopant schemes. In the next step, this potential model was used to model the intrinsic defects. According to the obtained energy, we found that pseudo-Schottky defect is more likely to occur, followed by Ca Frenkel defects. Finally, the formation of extrinsic defects induced by divalent ions, trivalent transition ions, trivalent rare-earth ions, tetravalent ions and pentavalent ions were modelled. The results show that the incorporation of the divalent ions is more likely to be substituted in the calcium site. For trivalent transition metals ions, it was found that is preferentially substitutes at the Ca compensated by interstitial oxygen. In the case of trivalent rare-earth dopant was observed that all of the trivalent rare-earth ions prefer to be incorporated in the Ca site compensated by the calcium vacancy, interstitial oxygen, phosphorus vacancy and interstitial hydroxyl,as being the more likely mechanisms. For tretavalent ions, it found an opposity behavior: Mn4+ prefers to be incorporated in the P site compensated oxygen vacancy, but in the case of ion Cr4+ has been found that the incorporation prefer be incorporated in the Ca site compensated by the hydroxyl interstitial defect. The last step, it.s found that Nb5+is preferentially substitutes at the Ca compensated by interstitial hydroxyl.
Keywords: Físico-química
Hidroxiapatita
Fosfato de cálcio
Metais
Metais de transição
Terras-raras
Cálcio
Simulação computacional
Calcium phosphate
Chemistry, Physical and theoretical
Earths, Rare
Hydroxylapatite
Metals
Transition metals
Subject CNPQ: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Language: por
Program Affiliation: Pós-Graduação em Física
Rights: Acesso Aberto
URI: https://ri.ufs.br/handle/riufs/5318
Appears in Collections:Mestrado em Física

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