Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2.

Átírás

1 Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok Kiemelt témák: Viszkozitás Víz és nyál Kristályok - apatit Polimorfizmus Kristályhibák és jelentőségük Amorf anyagok Folyadékkristályok (A tankönyvben nem található téma!) Tankönyv fejezetei: 4, 5 Feladatok: 1. fej.: 22, 23, 32, 34, 35 1

2 Folyadékok folyékony szilárd Nincs saját alakja: deformálás után úgy marad, nem ébrednek benne visszatérítő nyíróerők. Van saját alakja: deformálás után visszaalakul, mert visszatérítő nyíróerők léptek föl benne. Rövid távú, dinamikus rendezettség izotrop 2

3 Viszkozitás (h) Fluiditás, azaz folyósság (1/h) F=? F = F s F=? F s F=? (l. később Hagen-Poiseuilletörvény) Newton-féle súrlódási törvény: F s v h A h viszkozitás (belső súrlódási együttható) [h] = Pa s A Newton-féle törvény egy másik alakja: nyíró Fs A nyírófeszültség v h h gv sebességgradiens nyíró h g v 3

4 A gradiens értelmezéséhez a hőmérsékletgradiens példáján: hőmérsékletgradiens A vizskozitás mérése pl. rotációs viszkoziméterrel: 4

5 Newton-féle súrlódási törvény: F s h v A h h az egyenes meredeksége (állandó) Néhány anyag viszkozitása: h levegő víz anyag műnyál (USA szabadalom) glicerin metil metakrilát monomer etilén glikol dimetakrilát monomer cink foszfát h (mpas) 0,019 (20 C) 1 (20 C) (20 C) 0,5 (25 C) 3,4 (25 C) (25 C) v h cinkoxideugenol (37 C) szilikon (37 C) 5

6 h függ: anyagi minőség hőmérséklet (A gázok viszkozitása növekszik a hőmérsékletük növelésével. Miért?) 6

7 h függ: nyíróerők/sebességgradiens (sebességesés) folyadékok Normális (v. newtoni) folyadék Anomális (v. nem-newtoni) folyadékok pl. víz, olaj pszeudoplasztikus pl. nyál, vér, polikarboxilát cementek, elasztomer lenyomatanyagok dilatáns pl. műgyanta alapú kompozitok 7

8 Bingham-folyadék: F v/ h h függ: idő Tixotróp folyadékok: h Reopex folyadékok: t pl. egyes lenyomat anyagok h Nem összetévesztendő a pszeudoplasztikus, ill. dilatáns folyadékokkal! t 8

9 Víz + dipól magas fajhő, olvadás- és párolgáshő nagy felületi feszültség jó oldószer 9

10 Sűrűség (g/cm 3 ) széles tartományban folyékony viszonylag kicsi sűrűség (1 g/cm 3 ) newtoni folyadék, viszonylag kicsi viszkozitás víz jég Hőmérséklet ( C) 10

11 Nyál mucin pszeudoplasztikus folyadék Műnyál: 11

12 (kristály = szilárdtest) kristályos Szilárd anyag amorf egykristály polikristályos mikrokristályos nanokristályos anizotrop izotrop 12

13 13

14 Apatit OH : hidroxiapatit F : fluorapatit Ca 10 (PO 4 ) 6 (X) 2 Ca 5 (PO 4 ) 3 X hexagonális ionkristály Dentinben, csontban: nm x 6 nm es kristályok Zománcban: nm x 30 nm es kristályok 14

15 Polimorfizmus tridimit krisztobalit kvarc Például: SiO 2 szén (C) ón (Sn) fullerén grafit gyémánt nanocső elemek polimorfizmusa = allotrópia 15

16 Kristályhibák ponthibák termikus vakancia (Schottky-hiba) Frenkel-hiba n S N e S kt Schottkyhibák száma interstícium idegen atom szubsztitúciós interstíciális (l. ötvözetek!!) 16

17 Ponthibák keletkezése, mozgása: Termikus hibák biológiai makromolekulákban: n S N e S kt felbomlott H-hidak száma 17

18 diszlokációk éldiszlokáció csavardiszlokáció felületi hibák titán ötvözet diszlokációi 18

19 A hibák erősen befolyásolják a tulajdonságokat! Al 2 O 3 pl. optikai tulajdonságok + Cr 3+ + V 2+ Fe 2+ +Ti 4+ +Fe 2+ pl. mechanikai tulajdonságok 19

20 Amorf anyagok = üveg, üvegszerű anyag rövid távú rend sok szerkezeti hiba nincs saját alak/folyékony de nagyon nagy viszkozitás, túlhűtött folyadék, ezért úgy tűnik, van saját alakjuk mechanikailag kemény izotrop pl. üveg, műgyanta, viasz, bitumen,... 20

21 (A tankönyvben nem található téma!) Folyadékkristályok Termotróp folyadékkristályok: szmektikus 1883 Reinitzer nematikus anizodimenziós molekulák mezofázis részben rendezett struktúra folyékony optikailag anizotróp szerkezete nagyon érzékeny a külső hatásokra koleszterikus 21

22 Kontakttermográfia (termooptikai effektus) 22

23 LCD (elektroooptikai effektus) 23

24 Liotróp folyadékkristályok pl.: hidrofil foszfolipid molekula hidrofób víz lamelláris víz víz víz liposzóma Következő előadáshoz: 6., 7. tankönyvi fejezetek 24