项目名称: 轻质高韧牙科纳米复合材料的制备和界面力学行为研究

项目编号: No.11472235

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 牛鑫瑞

作者单位: 香港城市大学深圳研究院

项目金额: 90万元

中文摘要: 纳米颗粒增强的树脂基体牙科复合材料具有轻便、毒副作用小等优点,是当前最重要的牙齿填充和修补材料。但该材料的断裂韧性始终不能令人满意。增强相与基体之间的界面力学行为对复合材料的总体韧性至关重要。因此,本项目拟通过实验和模拟相结合的手段,探讨牙科纳米复合材料中的界面力学行为,并以此为指导制备出既轻便又韧性优越的牙科纳米复合材料。首先,优化纳米增强相的材料种类和比例,应用分散和偶联技术,改善纳米增强相在树脂基底中的分散性和界面连接。从而减少初始缺陷,优化界面力学性能,进而提高复合材料的整体韧性。接下来,采用宏观断裂、宏观Hertzian接触、微米及纳米压痕等力学实验来评估多尺度界面断裂性能。应用扫描电镜、透射电镜和原子力显微镜进行微纳尺度的结构和界面断裂表征,力求寻找到微纳尺度下界面断裂的证据和并探寻其机理。随后,采用有限元法和分子动力学方法来仿真模拟牙科纳米复合材料中的多尺度界面力学行为。

中文关键词: 牙科纳米复合材料;轻韧;界面力学行为;多尺度模拟;多尺度力学实验

英文摘要: Light and non-toxic, nano-particle reinforced resin-based dental composite is one of the most important dental filling and reparation materials. However, its fracture toughness is under satisfaction and greatly depends on the interfacial mechanical behavior between the nano-particle and resin-based matrix. This project aims to investigate interfacial mechanical behavior of dental nanocomposite by combing both experiments and computational simulations. A novel light and tough dental nanocomposite will be fabricated. First, the particle dispersion status and nano-particle/matrix interfacial behavior are to be improved by optimizing the type and percentage of nano-particles and utilizing a combination of dispersing and coupling techniques. This could minimize initial defects and improve nano-particle/matrix interfacial behavior, and therefore enhance overall toughness of the dental nanocomposite. Second, multiscale interfacial failure behavior will be evaluated with macro single-notch experiment, macro Hertzian contact experiment and micro/nano- indentation experiments. Scanning election microscope (SEM), transmission election microscope (TEM) and atomic force microscope (AFM) will be adopted to characterize structural and interfacial behavior under micro- and nano- scales. The goal is to provide evidence for interfacial fracture under micro- and nano- scales and investigate its mechanism. Third, finite element method (FEM) and molecular dynamics (MD) simulation will be applied to analyze the multiscale mechanical properties and interfacial behavior of dental nanocomposite.

英文关键词: Dental nanocomposite;Light and tough;Interfical mechanical behavior;Multi-scale simulation;Multi-scale mechanical experiments

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