牙齿带来飞机变革的思考!
2017-03-17 11:22:21
作者:本网整理 来源:材料牛
对飞行器的结构和电子构件而言,二者必须能够耐受持续的机械应力和震动且不会断裂,而且这两类构件还不可像橡胶一样柔软。鉴于人类牙釉质的性能满足以上要求这一事实,密歇根大学的Nicholas Kotov教授领导的团队创造了一种人工合成的牙釉质。这一材料有望应用于飞机的结构和电子构件。
当Kotov寻找自然界中有减震性能且坚硬的材料时,像骨头和生物壳这类材料都在其考察范围内。但是,他发现牙釉质只有一种。这是因为在数百万年时间里,来自不同生物体内的牙釉质都具有相同的基本结构。显然,牙釉质的结构有其独到之处,并一直发挥着作用。
在天然牙釉质中,坚硬的陶瓷晶体柱被较柔软的蛋白质基质包裹。牙齿功能不同则牙釉质的堆叠层数也会相应改变。当釉质层中的晶体柱受压弯曲时,产生的应力会被分散到包覆在柱子周围的基质蛋白中,使得晶体柱不会被折断。
与Kotov在一起工作的博士后研究员BongjunYeom重构了这种釉质层的结构。第一步,在基片上生长出ZnO纳米线(相当于陶瓷晶体柱);第二步,将两种液态聚合物引入到ZnO纳米线阵列中(相当于釉质中的蛋白质基质)。当将这种聚合物涂覆在ZnO纳米线阵列后待其固化再重复上述操作,如此重复多次。
重复涂覆总共40次,便可制备出一个厚度只有1微米的单层人工釉质;再将这种单层釉质一层一层向上堆叠共20层,便可得到与天然牙齿釉质相仿的人工釉质。这种人工釉质接近了真正的牙釉质保护牙齿免受振动损害的能力。
显然,在这种人工釉质得到广泛应用之前,其生产工艺应向高效化和智能化的方向发展。最后,Kota希望看到这种材料在航空航天和电子等诸如此类的领域中得到应用。
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