阿肯色大学研究人员 Marco Fielder 和 Arun Nair 首次研究了水和矿物质含量对胶原蛋白(骨材料本质)的变形机制和热性能的纳米级综合影响。
研究人员还将结果与碳纳米管增强的非矿化胶原蛋白的相同特性进行了比较，碳纳米管已显示出作为生物复合材料增强材料的前景。这项研究有助于开发模拟骨骼的合成材料。
使用分子动力学(在本例中是原子和分子物理运动的计算机模拟)，Nair 和 Fielder 检查了含有不同重量百分比的矿物质、水和碳纳米管的胶原基生物复合材料在受到外部作用时的力学和热性能。负载。
他们发现水和矿物质含量的变化对生物复合材料的机械行为和性能有很大影响，其结构模仿纳米级骨成分。随着水合作用的增加，生物复合材料变得更容易受到压力。此外，奈尔和菲尔德发现，非矿化胶原蛋白中碳纳米管的存在减少了间隙区域的变形。
研究人员还测试了刚度，这是材料抗变形能力的标准测量值。矿化和非矿化胶原生物复合材料在含水量较高时表现出较低的稳定性。无论含水量多少，矿化度为 40% 的复合材料的强度是不含矿物质的复合材料的两倍。碳纳米管复合材料的刚度与矿化胶原相当。
“随着胶原生物复合材料的矿化程度或碳纳米管含量的增加，水改变变形幅度的效果减弱，”菲尔德说。
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