牙釉质的微观结构与力学性质的关系及仿生材料设计

项目名称： 牙釉质的微观结构与力学性质的关系及仿生材料设计

项目编号： No.11402141

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 安兵兵

作者单位： 上海大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 牙釉质是牙齿最外层组织，具有复杂的分层结构，微观结构决定了其具有优良的力学性质。本项目拟研究牙釉质分层结构与力学性质的关系，发现各种设计参数对材料力学行为的影响，并探索基于特殊分层结构的仿生材料设计方法。首先，开展牙釉质的微柱压缩实验，确定不同尺度结构的力学性质。发展蛋白质和羟基磷灰石晶体的本构模型，建立牙釉质非自相似分层结构的力学模型。然后分析牙釉质在静态和动态载荷作用下的刚度、强度、弹性应变能、塑性能量耗散和基底相的剪应力分布，揭示牙釉质的变形机理以及其特殊的分层结构的优势。其次，开展牙釉质断裂力学性质研究，通过微悬臂梁弯曲实验研究破坏机理。建立描述非自相似分层结构材料的断裂力学模型，计算裂纹在牙釉质中扩展的路径和裂纹扩展阻力曲线，揭示其断裂机理。最后，基于非自相似分层结构材料的力学性质，提出能同时具有高刚度、高强度和高韧度的工程材料的设计原理。

中文关键词： 牙釉质；仿生设计；非弹性变形；分层结构；变形机理

英文摘要： Enamel, the outermost layer of teeth, possesses complex hierarchical structure, which determines its superior mechanical properties. This research proposals is focused on the influences of hierarchical structure on the mechanical performance and on the ef

英文关键词： enamel；bioinspired design；inelastic deformation；hierarchical structure；deformation mechanisms