《輕質高韌牙科納米複合材料的製備和界面力學行為研究》是依託香港城市大學深圳研究院，由牛鑫瑞擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：輕質高韌牙科納米複合材料的製備和界面力學行為研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：牛鑫瑞
- 依託單位：香港城市大學深圳研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米顆粒增強的樹脂基體牙科複合材料具有輕便、毒副作用小等優點，是當前最重要的牙齒填充和修補材料。但該材料的斷裂韌性始終不能令人滿意。增強相與基體之間的界面力學行為對複合材料的總體韌性至關重要。因此，本項目擬通過實驗和模擬相結合的手段，探討牙科納米複合材料中的界面力學行為，並以此為指導製備出既輕便又韌性優越的牙科納米複合材料。首先，最佳化納米增強相的材料種類和比例，套用分散和偶聯技術，改善納米增強相在樹脂基底中的分散性和界面連線。從而減少初始缺陷，最佳化界面力學性能，進而提高複合材料的整體韌性。接下來，採用巨觀斷裂、巨觀Hertzian接觸、微米及納米壓痕等力學實驗來評估多尺度界面斷裂性能。套用掃描電鏡、透射電鏡和原子力顯微鏡進行微納尺度的結構和界面斷裂表征，力求尋找到微納尺度下界面斷裂的證據和並探尋其機理。隨後，採用有限元法和分子動力學方法來仿真模擬牙科納米複合材料中的多尺度界面力學行為。
結題摘要
本項目發展出了一套完善的輕韌牙科納米複合材料製備工藝。將納米氧化鋯以厚度方向漸變的方式分散在樹脂基體中。與具有相同納米氧化鋯含量的其他分散方式相比較，該方式有效得提高了納米複合材料的整體韌性。與此同時，該方式在增加韌性的同時並未改變納米複合材料的密度，保證了牙科材料的輕便舒適。在研究過程中，建立了力學測試、材料表征、理論建模和計算仿真相結合的力學行為研究平台。首先，多尺度力學測試得到了納米複合材料的多尺度力學行為，並且為納米複合材料的製備計畫提供性能回饋；其次，材料形貌及化學鍵的表征為研究納米複合材料的界面及整體變形及破壞機理提供了圖像和分析理據；接下來，理論建模可給出界面及整體變形行為的定量化評價，並給出下一步的結構設計方案；最後，採用有限元和分子動力學等計算方法研究納米顆粒之間，納米顆粒與基體之間，以及納米複合材料整體的力學行為，揭示了納米複合材料的多尺度增韌機理，並以此為指導製備了輕質高韌的牙科複合材料。本項目基於牙科材料的實際需求，進行了力學及材料的思考和設計。不僅為牙科複合材料的增韌做出貢獻，也通過計算模擬和分析，推動多尺度力學問題的機理研究。本項目雖然針對牙科材料，但所採用的研究方法和研究成果適用於研發廣泛工業領域的輕韌納米複合材料。
