【行业应用】光谱共焦-牙科修复材料表面粗糙度测量

高分子树脂复合材料广泛应用于龋齿修复。在口腔环境中，他们面临着一个侵略性的环境。从机械上讲，咀嚼对修复产生复杂的负荷。其他现象如磨牙会导致复合材料的严重磨损。从化学上讲，唾液形成一种能够破坏复合材料的水介质。作为极性分子，牙科聚合物很可能吸收水。此外，离子的存在可以加速聚合物分子的水解。食物残留物也有助于恢复的退化。最后但并非最不重要的是，牙齿可能会因为冷热食物而面临突然的温度变化。由于牙齿、树脂和填充物之间的热膨胀系数不同，热变化会在修复过程中引起应力。因此，研究树脂复合材料随时间的稳定性是很重要的。

有几种策略可以模拟口腔环境的影响。其中之一是关注在体外水环境中的热变化。样品被交替地放入“热”和“冷”液体中。这个过程被称为热循环;它不考虑机械疲劳或磨损现象。水是常用的，但有些实验是用酒精或人造唾液做的，也就是在水里加入特定的离子。

来自国立巴黎高等矿业学校的YoanBoussès等人为了验证Turcsányi模型能够反映基体和界面老化的演变过程，制备了由相同的基质和填料组成的样品，分成8个不同填充比的批次，用相同的方法进行固化，然后比较四个不同热循环方案的批次结果，采用扫描电镜和光谱共焦位移传感器完成样品表面分析，并对不同的复合材料批次进行了屈服应力测量。

完成弯曲试验后，作者用光谱共焦位移传感器搭配精密位移平台组装成的轮廓仪测量了断裂表面积的粗糙度。样品预先镀上金属。然后，几微米大小的白光点扫过表面，并分析了反射光的强度。由于每个波长有不同的焦距，反射最强烈的波长给出了光斑和表面之间距离的信息。距离信息与反射光强信息结合就能够绘制出表面的形貌。测量系统的横向分辨率为1 um，纵向分辨率30 nm。采用Gwyddion软件完成粗糙度分析。

图1. Gwyddion软件中显示的从3个DMG70样品测得的轮廓仪数据，在0 (a)、5000(b)和10000 (c)周期中进行热循环。黑色点对应信号损失。图c上的正方形显示了计算粗糙度的区域，以避免来自样本边缘的任何偏差。

图1中对应的是DMG70样品分别在三种热循环周期下测得的表面轮廓数据，对应的三个粗糙度数据分别为Ra 8.055um, Ra 7.05um, Ra 6.947um。

论文标题：

A numerical, theoretical and experimental studyof the effect of thermocycling on the matrix-filler interface of dentalrestorative materials