仿牙釉质羟基磷灰石纳米片阵列增强烃类复合材料构筑及其力学特性

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牙釉质是绝大部分哺乳动物体内最坚硬的组织结构,具有优异的的力学性能。从结构上看,大量的六方羟基磷灰石(HAP)纤维捆扎成纳米棒,这许多交错排列的的纳米棒组成了牙釉质的主要结构。由于其特殊的结构,裂纹在牙釉质中扩展时经常发生裂纹偏转、桥接等行为,而牙釉质也正是利用这种增强增韧机制来阻止裂纹的扩展。本研究以牙釉质所具有的优秀力学性能为灵感,通过生物矿化法令浸泡过羟基磷灰石(HAP)溶液的聚乙烯薄膜在其表面上自组装生长出一层羟基磷灰石纳米片阵列结构,随后精确控温,利用熔融聚乙烯的界面毛细作用使聚乙烯基体与羟基磷灰石纳米片阵列充分复合,聚乙烯填充到纳米片阵列的间隙之中,将羟基磷灰石阵列作为纤维增强相,聚乙烯作为基体相构筑这样一种复合材料,形成仿牙釉质羟基磷灰石纳米片阵列增强烃类复合材料,达到仿生结构。经过测试,该复合材料相较于纯的聚乙烯薄膜具有显著提高的的耐高温性能和力学性能(抗拉强度、杨氏模量、硬度等),该仿牙釉质羟基磷灰石纳米片阵列增强烃类复合材料可应用于航空航天,高温电池的离子交换膜、预防辐射等重要领域。