College 1
Natuurlijke (biologische) materialen bestaan uit een beperkte set van bouwstenen.
Biologische materialen zijn:
- minder sterk en stijf dan andere materialen
- lager in dichtheid
- vrijwel allemaal composieten
- geoptimaliseerd in constructie, voor functie
Engineering materials → Synthetische materialen (metalen, keramieken, etc.)
Biological materials → Materialen in organismen (eiwitten, biokeramieken, etc.)
Biomaterials → Materialen die in de mens kunnen zitten. Kan zowel engineering
materials zijn als gemodificeerde biological materials.
Monolitisch (aka: simpel materiaal) → Materiaal dat overal dezelfde samenstelling
heeft
Hiërarchisch → Materiaal dat uit verschillende onderdelen bestaat. E.g. pees.
Cellulair/poreus (aka: structuur) → Materialen die uit kleine lagen bestaan (vaak met
veel holtes)
Typische chemische bindingen
Sterk:
- Elektrostatische aantrekking: ionen
- Covalente binding
- Metallisch: elektronenzee
Zwak:
- VDW
- dipool-dipool
- waterstofbruggen
Bulk(binnenkant van materiaal) en oppervlak
De bulk van een materiaal kan totaal anders zijn dat het oppervlak.
Mechanische eigenschappen → De mate waarin de vorm van een object verandert
na het uitoefenen van een kracht.
3M-concept: micro(10^-9) - meso(10^-6) - macro(10^-^0)
,Basis concepten omtrent krachten
Belangrijke metrische voorvoegsel kennis:
,Note: het oppervlak is nu het lange gedeelte i.p.v. het korte gedeelte bij rek.
Note: werkt alleen bij kleine hoeken in radialen.
Elastisch gedrag → wet van Hooke
E → Young’s modulus (Pa), stijfheid bij rek of druk
G → Afschuifmodulus (Pa), stijfheid bij afschuiven
Elastisch gedrag gedraagt zich als een veer:
- Wanneer je het object 2x langer wilt maken, heb je 2x zoveel kracht nodig
- De vervorming die het object vertoont is reversibel
Poisson ratio (v)
, Uitrekken leidt vaak tot kleiner worden van de dwarsdoorsnede. Voor isotrope
materialen:
De Poisson ratio heeft ook te maken met het volume van een object:
Wanneer ratio ½ is, is het volume constant.
Andere waardes van de Poisson ratio:
Relatie: G = E/(2+2v). Als v = ½, is G = ⅓ E
Reden waarom elastisch gedrag reversibel is:
Bij dit type rekking worden de atoombindingen uit hun optimale staat getrokken door
de kracht die op hen wordt uitgeoefend. Als alle atoombindingen 1% uitrekken, rekt
het object op macroniveau ook 1%. Als de kracht verdwijnt, gaat alles weer naar de
optimale staat en daardoor is het dus reversibel.
Wanneer de uitgeoefende kracht te groot is, kunnen er twee dingen gebeuren; het
materiaal gaat kapot/ het breekt, of het vertoont:
Plastisch gedrag
Natuurlijke (biologische) materialen bestaan uit een beperkte set van bouwstenen.
Biologische materialen zijn:
- minder sterk en stijf dan andere materialen
- lager in dichtheid
- vrijwel allemaal composieten
- geoptimaliseerd in constructie, voor functie
Engineering materials → Synthetische materialen (metalen, keramieken, etc.)
Biological materials → Materialen in organismen (eiwitten, biokeramieken, etc.)
Biomaterials → Materialen die in de mens kunnen zitten. Kan zowel engineering
materials zijn als gemodificeerde biological materials.
Monolitisch (aka: simpel materiaal) → Materiaal dat overal dezelfde samenstelling
heeft
Hiërarchisch → Materiaal dat uit verschillende onderdelen bestaat. E.g. pees.
Cellulair/poreus (aka: structuur) → Materialen die uit kleine lagen bestaan (vaak met
veel holtes)
Typische chemische bindingen
Sterk:
- Elektrostatische aantrekking: ionen
- Covalente binding
- Metallisch: elektronenzee
Zwak:
- VDW
- dipool-dipool
- waterstofbruggen
Bulk(binnenkant van materiaal) en oppervlak
De bulk van een materiaal kan totaal anders zijn dat het oppervlak.
Mechanische eigenschappen → De mate waarin de vorm van een object verandert
na het uitoefenen van een kracht.
3M-concept: micro(10^-9) - meso(10^-6) - macro(10^-^0)
,Basis concepten omtrent krachten
Belangrijke metrische voorvoegsel kennis:
,Note: het oppervlak is nu het lange gedeelte i.p.v. het korte gedeelte bij rek.
Note: werkt alleen bij kleine hoeken in radialen.
Elastisch gedrag → wet van Hooke
E → Young’s modulus (Pa), stijfheid bij rek of druk
G → Afschuifmodulus (Pa), stijfheid bij afschuiven
Elastisch gedrag gedraagt zich als een veer:
- Wanneer je het object 2x langer wilt maken, heb je 2x zoveel kracht nodig
- De vervorming die het object vertoont is reversibel
Poisson ratio (v)
, Uitrekken leidt vaak tot kleiner worden van de dwarsdoorsnede. Voor isotrope
materialen:
De Poisson ratio heeft ook te maken met het volume van een object:
Wanneer ratio ½ is, is het volume constant.
Andere waardes van de Poisson ratio:
Relatie: G = E/(2+2v). Als v = ½, is G = ⅓ E
Reden waarom elastisch gedrag reversibel is:
Bij dit type rekking worden de atoombindingen uit hun optimale staat getrokken door
de kracht die op hen wordt uitgeoefend. Als alle atoombindingen 1% uitrekken, rekt
het object op macroniveau ook 1%. Als de kracht verdwijnt, gaat alles weer naar de
optimale staat en daardoor is het dus reversibel.
Wanneer de uitgeoefende kracht te groot is, kunnen er twee dingen gebeuren; het
materiaal gaat kapot/ het breekt, of het vertoont:
Plastisch gedrag
