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
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
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
A gradiens értelmezéséhez a hőmérsékletgradiens példáján: hőmérsékletgradiens A vizskozitás mérése pl. rotációs viszkoziméterrel: 4
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) 2 10 1500 (20 C) 0,5 (25 C) 3,4 (25 C) 95 000 (25 C) v h cinkoxideugenol 100 000 (37 C) szilikon 60 000-1 200 000 (37 C) 5
h függ: anyagi minőség hőmérséklet (A gázok viszkozitása növekszik a hőmérsékletük növelésével. Miért?) 6
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
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
Víz + dipól magas fajhő, olvadás- és párolgáshő nagy felületi feszültség jó oldószer 9
Sűrűség (g/cm 3 ) széles tartományban folyékony viszonylag kicsi sűrűség (1 g/cm 3 ) newtoni folyadék, viszonylag kicsi viszkozitás víz jég Hőmérséklet ( C) 10
Nyál mucin pszeudoplasztikus folyadék Műnyál: 11
(kristály = szilárdtest) kristályos Szilárd anyag amorf egykristály polikristályos mikrokristályos nanokristályos anizotrop izotrop 12
13
Apatit OH : hidroxiapatit F : fluorapatit Ca 10 (PO 4 ) 6 (X) 2 Ca 5 (PO 4 ) 3 X hexagonális ionkristály Dentinben, csontban: 20-60 nm x 6 nm es kristályok Zománcban: 500-1000 nm x 30 nm es kristályok 14
Polimorfizmus tridimit krisztobalit kvarc Például: SiO 2 szén (C) ón (Sn) fullerén grafit gyémánt nanocső elemek polimorfizmusa = allotrópia 15
Kristályhibák ponthibák termikus vakancia (Schottky-hiba) Frenkel-hiba n S N e S kt Schottkyhibák száma interstícium idegen atom szubsztitúciós interstíciális (l. ötvözetek!!) 16
Ponthibák keletkezése, mozgása: Termikus hibák biológiai makromolekulákban: n S N e S kt felbomlott H-hidak száma 17
diszlokációk éldiszlokáció csavardiszlokáció felületi hibák titán ötvözet diszlokációi 18
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
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
(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
Kontakttermográfia (termooptikai effektus) 22
LCD (elektroooptikai effektus) 23
Liotróp folyadékkristályok pl.: hidrofil foszfolipid molekula hidrofób víz lamelláris víz víz víz liposzóma Következő előadáshoz: 6., 7. tankönyvi fejezetek 24