Investigação Ab Initio das propriedades mecânicas, estruturais, energéticas e eletrônicas de fosfatos de cálcio na fase de bulk com dopantes substitucionais

• Processo: 21/05697-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2021
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2023
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Juarez Lopes Ferreira da Silva
• Beneficiário: Henrique Souza Marques
• Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Empresa: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC)
• Vinculado ao auxílio: 17/11631-2 - CINE: desenvolvimento computacional de materiais utilizando simulações atomísticas, meso-escala, multi-física e inteligência artificial para aplicações energéticas, AP.PCPE
• Assunto(s): Química computacional Dopagem eletrônica Hidroxiapatita Fosfatos de cálcio Propriedades mecânicas Propriedades estruturais Teoria do funcional da densidade
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Dft | dopagem | fosfato de cálcio | hidroxiapatita | Química Computacional

Resumo

A hidroxiapatita (HAP, Ca10(PO4)6(OH)2) é um dos principais componentes inorgânicos dos ossos e dentes que, devido a sua biocompatibilidade e bioatividade, vem sendo amplamente investigada e utilizada em aplicações biomédicas, como enxertos ósseos e implantes dentários. A estrutura cristalográfica desse material é flexível o bastante para agregar substituintes iônicos, tanto catiônicos quanto aniônicos, em seus três sítios originais: Ca2+, PO43- e OH-. A possibilidade de manipular e controlar a quantidade dos substituintes dentro da rede da HAP permite também sintetizar catalisadores específicos para diferentes reações químicas. Por exemplo, a HAP tem sido estudada pelo Prof. Gustavo Paim Valença, Escola de Engenharia Química - UNICAMP, para a conversão de etanol em novos produtos. Apesar do grande número de estudos, o conhecimento atomístico dos parâmetros que contribuem para determinar suas propriedades ainda é insatisfatório. Portanto, esse projeto tem o objetivo de desenvolver uma investigação Ab Initio das propriedades estruturais, energéticas e eletrônicas de hidroxiapatitas puras e dopadas através de substituições iônicas dos três sítios da HAP na fase de bulk, sem interferir na carga estequiométrica do cristal. Todos os cálculos serão realizados utilizando a teoria do funcional da densidade, conforme implementada no Vienna Ab initio Simulation Package (VASP), o qual é largamente utilizado pela comunidade científica. Além do estudo dos dopantes, e havendo extensão da presente solicitação (renovação de bolsa), pretende-se investigar, também, as influências dos mesmos substituintes em outros fosfatos de cálcio com diferentes proporções Ca/P, e assim, analisar as mudanças nas características trazidas tanto pelos substituintes quanto ela mudança a na proporção entre os elementos constituintes da rede cristalina. Em resumo, o presente projeto possui os seguintes objetivos: (5V) contribuir para a formação de recursos humanos em nível de graduação através da inserção do estudante nas atividades do grupo QTNano, e.g., seminários, workshops e desenvolvimento das atividades de trabalho em grupo (soft skills). (5V5V) contribuir para aprimorar o conhecimento das propriedades estruturais, energéticas e eletrônicas de compostos com base na hidroxiapatita. (AU)