材料模拟天然牙釉质的结构

牙釉质是大自然最引人注目的一个复合材料生产,强大到足以磨通过各种各样的食品,但够持续一生。如果合成模拟可以发现许多用途,但牙釉质的奈米结构很难模仿。然而,现在Nicholas Kotov美国密歇根大学的和他的同事们开发了一种过程使材料性能与天然牙釉质。

生物学是擅长生产材料很难结合属性。强大的材料是耐变形往往缺乏韧性,吸收能量而不破坏的能力。结合强energy-absorbent无机和有机材料,然而,生物材料可以既强大又艰难。虽然他们的物理性质很相似,骨骼的纳米结构,外骨骼和其他生物材料的生物之间有着极大的差别。然而,搪瓷的纳米结构对人类,海胆,恐龙和所有其他已知的牙齿是惊人地相似:垂直列僵硬,无机材料站嵌在聚合物基质中。其在不同生物进化保护表明这种纳米结构提供了功能的好处。Kotov的假设是,牙齿受到振动的能量在咀嚼消散由于摩擦,的柔性聚合物柱齿摆动超过硬的。他认为,防止搪瓷缺陷的积累,否则会导致失败。

潜在的生产材料和牙釉质一样耐磨诱人的应用程序从生物医学植入到飞机。不幸的是,这个曾被证明是不可能,因为列牙釉质的结构。在新研究中,研究人员把氧化锌纳米晶体晶片,它们在溶液中成长为一个stalagmite-like森林的纳米线。然后他们填补了空白聚合物的涂层的纳米线层polyallylamine和聚丙烯酸。烘烤完成后的复合后,他们成长的另一个森林纳米线顶端表面并重复这个过程。两个过程已经证明之前,但是他们一起使用是小说:“它赋予神奇的组合,Kotov说。

研究人员检测了他们的材料在静态压痕和动态压痕在宽范围的频率,发现容忍在所有情况下的压力。Kotov说材料振动宽容的最重要决定因素的产物,其刚度和阻尼振动的能力。比较这一数字为搪瓷和我们的材料,我们有一个匹配,或者我们略好,“Kotov说。还应该可以调整材料为特定目的通过改变有机材料无机的比率。

“我真的很喜欢它!材料科学家说弗拉基米尔•Tsukruk在亚特兰大的乔治亚理工学院。(力学)”的一个问题是,当你去非常高的频率,你所有的软材料会变得僵硬。这可以使复合材料在应对艰难的静态压力变得脆弱。他说,“站、垂直结构”,Kotov集团产生了这里允许“非常不同的断裂裂纹扩展方法”发挥作用,导致材料,保留他们的韧性,以应对高频振动。