Effects of void defects on the mechanical properties of biphasic calcium phosphate nanoparticles: A molecular dynamics investigation

材料科学 极限抗拉强度 复合材料 多孔性 弹性模量 空隙(复合材料) 纳米颗粒 抗压强度 延展性(地球科学) 分子动力学 纳米技术 蠕动 化学 计算化学
作者
Qiao Zhang,Xin Wang,Mingli Yang,Dingguo Xu
出处
期刊:Journal of The Mechanical Behavior of Biomedical Materials [Elsevier BV]
卷期号:151: 106385-106385 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jmbbm.2024.106385
摘要

Porous biphasic calcium phosphate (BCP) ceramics are widely used in bone tissue engineering, and the mechanical properties of BCP implants must be reliable. However, the effects of pore structure (e.g., shape and size) on the mechanical properties are not well understood. In this study, we used molecular dynamics simulations to investigate the influence of pore shape and size on the mechanical behavior of BCP nanoparticles. BCP void models with cylindrical and cuboid pores ranging from 2 to 16 nm in diameter were constructed, and the elastic moduli were calculated. In addition, uniaxial tensile and compressive tests were performed on the models. We found that the pore size had a more significant impact on the mechanical properties of BCP than pore shape. Further, the elastic moduli decreased nonlinearly with increasing pore size. In addition, the tensile and compressive strength also decreased with the increase in pore size, but the ductility improved. Furthermore, deformation and fracture were more likely to occur near the pores and at the phase interfaces as a result of high atomic local strain in the calcium-deficient hydroxyapatite area. The results of this work reveal the effects of pore parameters on the mechanical properties of porous BCP at the nanometer level, which may aid the design of improved porous and multiphase CaP-based biomaterials for bone regeneration.
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