Bot en metaal hebben elk hun eigen kracht, maar de vergelijking hangt sterk af van hoe je "sterk" definieert (gewicht, drukweerstand of buigzaamheid).
Botten zijn sterk en stevig en sterker dan staal. Maar botten zijn nochtans niet de sterkte substantie in ons lichaam. Deze eer gaat naar een ander deel van het skelet namelijk tandglazuur. Tandglazuur beschermt de kroon van de tanden en dankt zijn kracht en sterkte aan de hoge concentratie mineralen daar aanwezig.
Menselijk bot is niet zo dicht als staal, maar in verhouding tot het gewicht is bot ongeveer 5 keer sterker dan staal . Bron: https://www.discovermagazine.com/new-analysis-of-bone-helps-explain-why-its-so-strong-11590.
Het aspect van tandimplantaten dat ze zo duurzaam en effectief maakt, namelijk "osseointegratie", treedt op wanneer botcellen zich rechtstreeks hechten aan het titaniumoppervlak van het tandimplantaat .
Botweefsel kan, per gewichtseenheid, net zo sterk zijn als staal , wat betekent dat het vergelijkbare spanningen kan weerstaan in verhouding tot zijn gewicht. Het is ook ongeveer vier keer sterker dan beton, maar veel lichter, waardoor het ideaal is om het lichaam te ondersteunen zonder ons te verzwaren. Deze sterkte komt voort uit de unieke interne structuur van botweefsel.
Dit betekent dat bot ongeveer vier keer zo sterk is als beton . Staal is echter veel dichter dan bot, dus een stuk staal van dezelfde grootte zou sterker zijn.
Het sterkste materiaal dat we momenteel kennen is Graphene, een tweedimensionaal koolstofmateriaal. Het heeft een breeksterkte van ongeveer 130 GigaPascal, wat ongeveer 100 keer sterker is dan staal.
Kunstbot werd aanvankelijk gemaakt van materialen zoals metalen en massief keramiek, die sterk genoeg zijn om de belasting in bot te weerstaan . De stijfheid van deze materialen legde echter een enorme belasting op patiënten en voldeed niet aan de criteria voor het implanteren van biomaterialen.
Botweefsel heeft een lagere dichtheid dan metalen , en dat is belangrijk omdat het gewicht van onze botten een grote invloed heeft op de energie die nodig is om te bewegen. Voor een kwantitatieve analyse moeten we rekening houden met de geometrie en de belasting van de structuur.
Een botbreuk geneest alleen als de botfragmenten voldoende stabiliteit hebben. Als een botbreuk niet goed vast staat, dan kan de voortdurende beweging verhinderen dat de botbreuk geneest. Er is vaak een gipsbehandeling of operatie nodig om het bot stabiel te houden.
Als het lichaam de breuk eenmaal heeft gerepareerd, is het werk nog niet gedaan. Het lichaam wil het bot 'remodelleren' om het sterker te maken. U zult merken dat als de breuk genezen is, u nog steeds kunt zien waar het bot gebroken is.
Corticaal bot is sterker en stijver bij compressie dan bij trekspanning ; onder longitudinale belastingen dan bij transversale of schuifbelastingen; en onder hogere vervormingssnelheden dan bij lagere vervormingssnelheden[95,101,104,114,198,203-205].
Titanium (of titaan) is een metaal dat net zo sterk is als staal, maar dat slechts 60% van de dichtheid heeft en dus 40% lichter van gewicht is. Titanium is goed bewerkbaar en wordt daarom ook gebruikt als materiaal voor sieraden en horloges.
" Je botten zijn ongeveer vijf keer sterker dan staal met dezelfde dichtheid ." Dat betekent dat als je een stuk bot en een stuk staal van hetzelfde gewicht en dezelfde grootte zou nemen, het bot aanzienlijk meer druk zou kunnen weerstaan voordat het breekt. Deze ongelooflijke sterkte komt voort uit de unieke structuur van bot.
Waar kan beton niet tegen?
Er kan er maar eentje de beste zijn en dat is Wolfraam.
Bot, een composietmateriaal, is sterk dankzij de basiscomponenten: de driedubbele helixstructuren van collageenproteïnen op nanometerschaal, gecombineerd met minerale korrels van calciumfosfaat op nanoschaal .
Menselijke botten bestaan echter uit een taaie mix van mineralen en een rekbaar eiwit genaamd collageen. Daardoor zijn ze zo sterk dat één kubieke inch het gewicht van bijna vijf standaardauto's kan dragen .
Kevlar kent vele toepassingen, van fietsbanden en zeilraces tot kogelvrije vesten, dankzij de hoge verhouding tussen treksterkte en gewicht; op basis hiervan is het vijf keer sterker dan staal.
Het proces van breukgenezing (herstel van een botbreuk) duurt over het algemeen, onder normale omstandigheden ongeveer 6 tot 8 weken. Dit kan langer duren als het om een bot gaat dat een zwaar gewicht moet dragen. Ook bij oudere mensen duurt dit proces langer. Bij kinderen genezen botten juist vaak sneller.
Ja, botten vergaan, zij het soms heel, heel langzaam . Het proces dat ervoor zorgt dat onze botten die felbegeerde status van "stof tot stof" bereiken, staat bekend als diagenese en omvat microbiële, chemische en mechanische veranderingen. Het kan enkele dagen, enkele duizenden jaren of zelfs enkele miljoenen jaren duren.
Kunstheupen gaan over het algemeen 10 tot 15 jaar mee, maar metaal-op-metaal (MoM) implantaten hebben een veel kortere levensduur en falen bij sommige patiënten al na vijf jaar . Ze worden ook in verband gebracht met een groeiend aantal andere problemen, waaronder bot- en weefselafbraak en hoge concentraties metaalionen in het bloed.
Grafeen (130 GPa)
Grafeen is het sterkste bekende materiaal, met een ongeëvenaarde treksterkte dankzij het koolstofrooster dat uit slechts één atoom dik bestaat. Grafeen is een honingraatvormige tweedimensionale film, gevormd door koolstofatomen met sp2-hybridisatie.
Zeldzaamste Edel Metaal
Met slechts twee kubieke meter winbaar osmium op aarde is geen edelmetaal of ander niet-radioactief metaal zeldzamer dan osmium. Van alle andere edele metalen heeft osmium de grootste kans op opraken.
Het is een maatstaf voor hoe groot de kans is dat het materiaal afbrokkelt of barst onder invloed van kracht. Op die schaal zijn diamanten slechts matig hard; ze zijn harder dan al het andere , maar ze kunnen nog steeds breken. Een goede analogie om dit te illustreren is glas versus staal. Glas is harder dan staal, maar staal is taaier.