Characterizing dental enamel’s mechanical properties from milli- to nanometer length scales

Abstract

Die sich aus der hierarchischen Struktur des Zahnschmelzes, welcher aus Apatitfasern mit einer kleinen Menge an organischen Materialien und Wasser besteht, ergebenden mechanischen Eigenschaften wurden studiert. Der Elastizitätsmodul, der elastische/inelastische Übergang und die zähigkeitssteigernden Mechanismen für verschiedene hierarchische Ebenen wurden quantifiziert und identifiziert. Die proteinreichen, sich zwischen den Zahnschmelz-Stäbchen befindenden Volumenbereiche dissipieren beim Kriechen hauptsächlich die Verformungsenergie. Die Rissspitzenzähigkeit, die Brückenspannungen und die Größe der Kohäsivzone an der Rissspitze wurden quantifiziert.

The structure-mechanical properties relationship of dental enamel (made of apatite fibers and a small amount of organics and water) was studied. Enamel’s elastic moduli, elastic/inelastic transition were quantified and the toughening mechanisms were identified for different hierarchical levels. During creep, the interrod regions are able to dissipate higher irreversible energy compared to the enamel rod regions. For enamel fracture, the crack tip toughness, the bridging stresses and size of the cohesive zone at the crack-tip were quantified.