Một khám phá ngẫu nhiên trong một phòng thí nghiệm vật lý tại Đại học Rice đã đưa đến một vật liệu siêu cứng có thể chiếm ngôi của titan hiện thường được sử dụng để thay thế cho đầu gối và hông. Các nhà khoa học đã nhận thấy bằng cách làm tan chảy vàng vào hỗn hợp titan họ có thể sản xuất một kim loại không độc hại có độ bền cứng gấp bốn lần so với titan, có triển vọng cho thiết bị cấy ghép y tế có sức bền tốt hơn, lâu hơn.

Nhóm nghiên cứu đang thực hiện thí nghiệm trên một vật liệu từ tính được làm từ các thành phần không có từ tính, cụ thể là hỗn hợp titan-vàng với tỷ lệ một-một. Một bước của quá trình phát triển các hợp chất mới như thế này là phải nghiền nó thành bột để nó có thể được quét tia X, giúp họ xác định những chi tiết như thành phần, cấu trúc và độ tinh khiết của nó. Tuy nhiên, với hỗn hợp titan-vang, nhóm thậm chí đã sử dụng đến cối và chày phủ kim cương, nhưng cũng không thể nghiền nát được.

Nhóm đã tiến hành một loạt các xét nghiệm để xem mức độ cứng của hợp chất này thực sự đến đâu, cùng với một vài hợp chất titan-vàng khác đã được sử dụng để so sánh trong nghiên cứu trước đây của họ. Một trong hỗn hợp này là hợp kim có tỉ lệ titan-vàng là 3-1, được hình thành ở nhiệt độ cao.

Kết quả là khi hợp chất trên ở nhiệt độ cao sẽ tạo ra một dạng gần như hoàn toàn tinh thể của phiên bản beta của hợp kim, có độ cứng gấp bốn lần titan. Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng hợp chất này thực sự không phải là mới, cũng không phải là khó khăn để thực hiện, nhưng họ là những người đầu tiên phát hiện thuộc tính ấn tượng của nó.

Nhóm cho biết nguyên do của điều này là nhiệt độ cao. Khi đun ở nhiệt độ thấp hơn, các nguyên tử tự sắp xếp trong một cấu trúc khối lập phương gọi là phiên bản alpha của hỗn hợp titan-3-vàng, với độ cứng tương tự như titan thường.

Titan-3-vàng dạng beta cứng hơn so với hầu hết các loại thép khoảng 3-4 lần, hơn bốn lần so với titan tinh khiết hiện đang được sử dụng trong hầu hết các ca cấy ghép răng và thay thế khớp.

Các nhà nghiên cứu cho rằng chất liệu này đặc biệt tốt khi sử dụng trong cấy ghép y tế, vì nó được làm bằng titan và vàng, là các chất liệu tương thích sinh học và thường được sử dụng vì lý do đó. Nhưng thử nghiệm cho thấy titan-3-vàng sẽ còn tương thích sinh học hơn và chịu mài mòn tốt hơn titan tinh khiết. Nhóm đang tiếp tục tìm hiểu liệu xử lý nó với hóa chất có thể làm cho nó cứng hơn nữa hay không.