Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Electrochemical analysis of Zinc for biodegradable applications
KTH, School of Information and Communication Technology (ICT).
2012 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

To avoid costly and risky secondary surgery after implantation, biodegradableimplants are of importance to the medical device industry.

Theseshould be designed to degrade in a controlled manner, and to haverest products taken care of by the body’s internal mechanisms withoutcausing harm. Finding materials that corrodes predictably, are biocompatiblein itself and when decomposed is a great challenge.

This study focused on the corrosion behaviour of zinc, which anearlier study pointed out as a promising subject for such an analysis.The properties of zinc samples were observed by electrochemical methodswhile immersed in phosphate buffered saline (PBS), Ringer solutionand human blood. Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersivex-ray spectroscopy (EDX) were used to characterise the structureand composition of the corrosion products. It was found that thecorrosion mechanisms are different in the three electrolytes studied.

Samples immersed in Ringer solution showed a uniform corrosion,with an initial corrosion rate of 0.1 mm/yr - 0.5 mm/yr. Resultsfrom electrochemical impedance spectroscopy (EIS) suggest the corrosionproducts after time (12-24 h) correspond to a two-layer interface,interpreted as an outer diffusion controlled layer appearing first, witha homogenous layer being formed later between the metal and the initiallayer. EDX and SEM indicates that the corrosion products mainlyconsist of zinc carbonates. These findings were confirmed by FourierTransform Infrared (FTIR) spectroscopy.

The zinc samples exposed to PBS solution exhibit a localized corrosion,with dendrite like structures growing out from the surface astime passes. The initial corrosion rate was determined to be somewherebetween 6 μm/yr- 22 μm/yr. The EIS model suggest that the corrosionproducts developed on the PBS exposed surface corresponds to a singleoxide layer covering the metal. The main corrosion products weredetermined to be zinc phosphates (FTIR and EDX).

Human blood was used for a final set of experiments. Here the zincsamples corroded by an initial rate of 0.08 - 0.38 mm/yr. The corrosionwas uniform like the samples exposed to Ringer solution. Meanwhile,the electrochemical model (from EIS) appeared similar to the one encounteredin the PBS experiments, suggesting a single layer of corrosionproducts over the metal surface.

Abstract [sv]

För att undvika kostsamma och riskfyllda sekundära ingrepp är nedbrytbaraimplantat intressanta. Dessa designas för att för att kontrolleratbrytas ned och tas omhand av kroppens egna mekanismer. Den storautmaningen är att hitta material som bryts ner på ett ofarligt och förutsägbartsätt, i termer av hastighet, restprodukter och biokompatibilitet.

Denna studie fokuserade på korrosionsförloppet hos zink, vilket en tidigarestudie visat vara en lämplig kandidat för denna sorts analys. Zinkprovernasegenskaper observerades med elektrokemiska metoder medan provernavar nedsänkta i/täckta av fosfatbuffrad saltlösning (PBS), Ringerlösningsamt mänskligt blod. Svepelektronmikroskopi (SEM), svenska ord för(EDX) var två metoder som användes för att undersöka strukturen ochsammansättningen av korrosionsprodukterna. Det visade sig att korrosionsmekanismenvar olika i de tre olika studerade elektrolyterna.

Prover som var täckta av Ringerlösning visade homogen korrosionmed en initial korrosionshastighet på 0.1 mm/år - 0.5 mm/år. Resultatfrån den elektrokemiska impendansspektroskopin pekar mot att korrosionsprodukternaefter 12-24 h motsvarar ett två-lagers gränssnitt somkan tolkas som ett initialt (0-12 h) bildat yttre diffusionskontrolleratlager, följt av ett homogent lager som bildas mellan metallen och detinitiala lagret. EDX och SEM visar att korrosionsprodukterna till mestadelsbestår av zinkkarbonater. Dessa observationer är även styrkta avFTIR.

Zinkproverna som utsattes för PBS uppvisade fläckvis korrosion,med dendrit-liknande strukturer som växte ut ur underlaget under provtiden.Initial korrosionshastighet uppmättes mellan 6 och 22 μm/år.Resultaten från EIS påvisar en elektrokemisk modell motsvarande ettenkelt oxidlager, som täcker hela den yta som exponeras för lösningen.Korrosionsprodukterna bestod huvudsakligen av zinkfosfater (FTIR, EDX).Slutligen användes människoblod i en omgång av experiment. Härkorroderade proverna initialt med en hastighet på 0.08-0.38 mm/år.Korrosionen var homogen, likt proverna som utsattes för Ringerlösning.Den elektrokemiska modellen (fastställd med EIS) överensstämde dockmed den som fanns i PBS-resultaten, med ett enkelt lager av korrosionsprodukteröver hela ytan.

Place, publisher, year, edition, pages
2012. , 72 p.
Series
Trita-ICT-EX, 2012:317
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-121526OAI: oai:DiVA.org:kth-121526DiVA: diva2:618740
Educational program
Master of Science in Engineering -Engineering Physics
Uppsok
Technology
Examiners
Available from: 2013-04-30 Created: 2013-04-30 Last updated: 2013-04-30Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(5549 kB)539 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 5549 kBChecksum SHA-512
0493317f08c96040d48ce07630bd51ab486306afe482f77620c159468af1ce36cb5e987511cbbe3a0523cb9f726c01217e273b8d3c06887b8bd5ae73b9b27fa7
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Information and Communication Technology (ICT)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 539 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 120 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf