خواص ترموفیزیکی

رسانایی گرمایی

انتقال گرما از میان مواد جامد عموما بوسیله ی مکانیزم رسانش انجام می شود. رسانش گرما از میان فلزات بوسیله ی میانکنش های شبکه ی کریستالی (ارتعاش اتمی(و بوسیله ی حرکت الکترون ها و میانکنش آنها با اتم ها رخ می دهد. رسانایی گرمایی (k) مقیاس ترموفیزیکی از میزان انتقال گرما از میان ماده بوسیله ی جریان رسانش است. اندازه گیری رسانش گرمایی در حالت تعادل انجام می شود. تحت شرایط تعادل ، دما در سیستم یکسان است. سرعت جریان یافتن گرما از میان ساختار به ناحیه ای که گرما از آن انتقال می یابد و گرادیان دمایی طرفین ساختار بستگی دارد. بنابراین اگر تخلخل فراوان درساختار وجود داشته باشد، ناحیه ی مهیا برای رسانش کاهش می یابد. و نرخ جریان گرمایی کاسته می شود. رسانایی گرمایی یا ضریب رسانش گرمایی میزان گرمایی است که در هر ثانیه از میان نمونه های با ضخامت یک سانتیمتر و با سطح مقطع یک سانتیمتر مربع می گذرد. که در این حالت واحد گرما کالری وگرادیان دمایی میان دو طرف نمونه یک کلوین است. با توجه به قانون دوم ترمودینامیک، جریان گرما از نقطه های با دمای بالاتر به نقاط با دمای پایین تر انجام می شود.
موادی که دارای رسانش گرمایی بالایی هستند رسانا نامیده می شوند. در حالی که مواد رسانایی کم عایق نامیده می شوند. در سیستم SI واحد رسانش گرمایی وات بر متر بر ثانیه بر درجه ی کلوین است.رسانایی گرمایی بالاتر در یک ماده بدین معناست که ماده قابلیت بیشتری برای انتقال انرژی گرمایی دارد. یک کامپوزیت زرینی دارای رسانایی گرمایی پایین تری نسبت به مواد ترمیم کننده ی فلزی دارد. رسانش بیشتر فلز نسبت به کامپوزیت زرینی باعث پدید آمدن حساسیت دندان ها می شود که می تواند باعث پدید آمدن درد در دماهای کم، متوسط و زیاد در بیماران شود.
ضریب پخش گرمایی
عدد ضریب پخش گرمایی ماده کنترل کننده ی نرخ زمان تغییر دمایی در هنگام عبور گرما از میان ماده است. این ضریب بوسیله ی سرعت رسیدن به پایداری گرمایی یک بدنه از حالتی است که دما در آن یکسان نباشد. اگر چه رسانایی گرمایی اکسید روی - ایگنول (zinc oxide- eugenol) مقدار بسیار کوچکی از رسانایی گرمایی عاج دندان است ولی ضریب بخش آن بیش از دو برابر عاج دندان است. ریشه ی دوم ضریب به صورت غیر مستقیم با قابلیت عایق کاری حرارتی ماده متناسب است. در حالی که ضخامت پایه ی سیمانی به طور مستقیم با خاصیت عایق کاری رابطه دارد. بنابراین ضخامت خطی یک فاکتور مهم تر نسبت به ضریب پخش در عایق بودن سرامیک هاست در ادامه رابطه ی ضریب پخش بیان می شود.
دما در طی فرآیند خردایش غذا در محیط دهانی ثابت نیست. در این شرایط غیر پایدار، انتقال دما از میان ماده گرادیان دمایی را کاهش می دهد. تحت چنین شرایطی، پخش گرمایی بسیار اهمیت پیدا می کند. رابطه ی زیر نشان دهنده ی ارتباط بخش گرمایی (h) و رسانایی گرمایی (k) است :
h= k/Cpφ
دراین فرمول :
K : رسانایی گرمایی
Cp : ظرفیت گرمایی در فشار ثابت
φ : دانستیه ی وابسته با دما
در سیتم SI واحد ضریب پخش متر بتوان دو بر ثانیه (M^2/S ) است. به هر حال، در اغلب موارد از واحد سانتیمتر مربع بر ثانیه نیز استفاده می شود. در جدول 1 برخی از خواص فیزیکی مواد دندانی آورده شده است.

برای حجم معینی از ماده، میزان گرمایی مورد نیاز جهت افزایش دمای آن به ظرفیت گرمایی یا گرمایی ویژه و دانستیه بستگی دارد. هنگامی که ضرب cp درρ عددی برزگ باشد، ضریب پخش کاهش می یابد، حتی اگر رسانایی گرمایی نسبتاً بالا باشد بنابراین رسانایی گرمایی در پخش گرمایی دوپارامتر مهم در پیش بینی انتقال گرما از میان ماده است. به دلیل وجود حالت ناپایدار در انتقال گرمایی در طی فرآیند بلع غذا و مایعات سرد یا گرم، پخش گرمایی مواد ترمیم کننده ی دندانی ممکن است مهم تر از رسانایی گرمایی آنها باشد. همانگونه که از جدول 1 فهمیده می شود. لعاب و عاج دندان عایق های گرمایی خوبی هستند. رسانایی گرمایی آنها و پخش گرمایی شان را می توان به خوبی با آجر سیلیسی و آب مقایسه کرد. البته این خواص نسبت به فلزات بسیار پایین است.
به هر حال، همانند همه ی عایق ها، ساختار دندان ها نیز باید با ضخامت کافی تهیه شود. تا فرآیند سمنتایت به طور موثر انجام شود . هنگامی که لایه ی عاج دندان بین کف حفره ی دندان و مغز دندان بسیار نازک گردد، باید توسط دندانپزشک با یک لایه ی عایق دیگر پوشش دهی شود. سودمندی مواد در جلوگیری از انتقال گرما به طور مستقیم با ضخامت لایه و به طور معکوس با ریشه ی دوم پخش گرمایی ارتباط دارد. بنابراین صخامت عاج دندان و پایه بسیار مهم می باشد و خواص گرمایی مواد مورد استفاده از درجه ی دوم اهمیت برخوردار است. رسانایی گرمایی پایین لعاب و عاج دندان باعث کاهش شک حرارتی و دردهای حاصله در هنگام سرد وگرم شدن دندان ها می شود. به هر حال حضور هر نوع ماده ی ترمیمی در بدن باعث تغییر محیط می شود. در واقع بسیاری از مواد ترمیمی دندانی فلزی هستند. (به خاطر آنکه فلزات دارای الکترون آزاد هستند) این مواد دارای رسانایی گرمایی خوبی بوده که این مسئله باعث می شود. ریشه ی دندان ها از تغییرات گرمایی سطوح بالایی دندان تاثیر مخالف بگیرند.در بسیاری از موارد اتفاق افتاده این مسئله ضروری است که یک عایق را در بین مواد ترمیم کننده و ساختار دندان قرار می دهیم. با توجه به این مسئله ، یک ماده ی ترمیمی که دارای رسانایی گرمایی کمتری است ، مطلوب تر است. به عبارت دیگر دندان های مصنوعی در یک پایه ی دندانی نگه داری می شوند. که معمولا از یک رزین مصنوعی ساخته می شود. و رسانایی گرمایی ضعیفی دارد در بخش بالایی دندان مصنوعی ، این پایه معمولا بوسیله ی سقف دهان پوشانده می شود. رسانش گرمایی کم این ماده منجر می شود که تبادل گرما میان بافت سخت ساپورت کننده و حفره های دهانی انجام نشود. بنابراین بیماران احساس سردی و گرمی را به طور جزئی از دست می دهند. استفاده از پایه ی دندانی فلزی ممکن است مناسب تر باشد و بیشتر ترجیح داده شود.

ضریب انبساط گرمایی

یکی از خواص حرارتی که برای دندانپزشکان مهم می باشد. ضریب انبساط حرارتی است این ضریب عبارتست از تغییر طول نمونه بخش برطول اولیه ماده هنگامی که دمایش به اندازه ی یک درجه ی کلوین بالا برده شود. اعداد مربوط به انبساط حرارتی برخی از موارد مورد استفاده در دندانسازی در جدول 2 آورده شده است. واحد ضریب انبساط گرمایی
Mm/(m°k) یا ppm/(°k) است.
بخش ترمیم شده ی دندان ها ممکن است به گونه ای انبساط یا انقباض پیدا کنند که متناسب با دندان بناشد. بنابراین ممکن است بخش ترمیمی تراوشاتی انجام دهند و یا بخش ترمیمی از دندان جدا گردد. با توجه به اعداد موجود در جدول 2 می توان گفت مواد ترمیمی ممکن است انبساط، انقباضی بیش از چهار برابر انقباض – انبساط لعاب دندان داشته باشند. به هر حال اگر چه ابعاد یک الگوی مومی ممکن است با تغییر دمای 20c° به طور محسوسی تغییر کند. انقباض نسبی یک ترمیم کننده ی آمالگلامی که 10 میلیمتر عرض داشته باشد تنها 5Mm است. (این درحالی است که دمای محیط دهانی 20c° کاهش می یابد). این در حالی است که انقباض لعاب دندان تقریبا 2.2 Mm است. بنابراین تفاوت خالص تنها 2.7 Mm که بسیار کوچکتر از تغییر ابعادی 220 Mm اتفاق افتاده در هنگام پلیمریزاسیون کامپوزیت های پایه ی رزینی است.
ضریب انبساط حرارتی بالا موم های قالب گیری نیز مهم می باشند؛ زیرا تغییرات ابعاد این مواد با دما زیاد است. برای مثال یک الگوی مومی دقیق که برای تهیه ی دندان ساخته شده است. هنگامی که از دندان ها یا از قالب جدا شود و در یک محیط سرد قرار گیرد، دچار انقباض می شود. این تغییر ابعاد به ماده ی ترمیمی قالب گیری شده نیز منتقل می گردد. که این مسئله می تواند موجب بروز مشکلاتی در استفاده از دندان مصنوعی توسط بیمار شود.
تنش های گرمایی که از تفاوت انقباض – انبساط گرمایی مواد تشکیل دهنده ایجاد می شود، در تولید مواد ترمیمی سرامیک – فلز مهم می باشد.
یک پوشش پرسلانی را در نظر بگیرید که بر روی یک ماده ی فلزی پخت می گردد. در طی فرآیند سرد کردن تغییرات انبساطی- انقباضی این دو ماده (فلز و سرامیک) متفاوت است. و از این رو تنش های کششی مماسی یا تنش های کششی محیطی در پرسلان بوجود می آید. که این تنش ها می توانند باعث تشکیل ترک در داخل سطح پرسلان شوند. البته این فرایند تشکیل ترک ممکن است به سرعت یا در دراز مدت رخ دهد. اگر چه نمی توان از بوجود آمدن کامل این تنش های گرمایی جلوگیری شود ولی می توان آنها را کاهش داد. در واقع با انتخاب موادی که ضریب انبساط حرارتی نزدیک به هم دارند از بوجود آمدن تنش در ماده ی حاصل جلوگیری می شود. (تفاوت این ضریب باید زیر 4 درصد باشد)

تیره شدن و خوردگی

در بیشتر اوقات خوردگی مناسب نیست. به هر حال در مواد دندانپزشکی، مقدار کمی خوردگی در اطراف گوشه های مواد ترمیمی آمالگلامی ممکن است سودمند باشد زیرا محصولات حاصل از خوردگی باعث می شود فضاهای خالی آمالگلامی پر شود و از وارد شدن مایعات دهانی و باکتری ها به این خطرات جلوگیری می شود. برخی فلزات و آلیاژها به خوردگی مقاوم اند زیرا در سطح آنها یک لایه ی اکسید ی مقاوم (محافظت کننده) تشکیل می شود.
یک مثال عمومی از خوردگی زنگ زدن آهن است. این واکنش یک واکنش پیچیده است که در آن آهن با اکسیژن هوا و آب ترکیب می شود. وo_3 f_e2 آبدار تشکیل می شود. این لایه ی اکسید ی متخلخل، نامنظم ، ضعیف و شکننده تر از فلز اولیه است. به خاطر ضعف این لایه ، فرآیند خوردگی پیشروی می کند. (لایه ی اکسیدی ناپایدار است) یک روش برای جلوگیری از خوردگی آلیاژ سازی است. مثلا می توان از کروم استفاده کرد وآهن را به صورت فولاد ضد زنگ درآورد. (البته این نوع فولاد علاوه بر کروم دارای برخی عناصر آلیاژی دیگر نیز هست)
در دندانسازی فولادهای ضد زنگ آستنیتی و مارتنزیتی کاربرد فراوانی دارد.
آلیاژهای فلزی گران بهایی که در دندانسازی کاربرد دارند، دارای پایداری شیمیایی بسیار خوبی هستند. این مواد در محیط دهان دچار خوردگی قابل لمس نمی شوند. اجزای عمده ی تشکیل دهنده ی این آلیاژها عناصری مانند طلا ، پالادیوم و پلاتین هستند. (ایریدیوم ، اسمیم ، رودیم و روتنیوم نیز جزء عناصر گران بها هستند).
نقره به عنوان یک عنصر گران بها از نظر معیارهای دندانپزشکی تلقی نمی شود. زیرا این عنصر با اکسیژن، هوا، آب و سولفور واکنش می دهد و سولفید نقره تولید می شود. سولفید نقره یک ماده ی سیاه رنگ است. فلزات در محیط متحمل واکنش های شیمیایی و الکتروشیمیایی می شوند که نتیجه ی این واکنش ها انحلال فلز و تشکیل ترکیبات شیمیایی است که معمولا محصولات خوردگی نامیده می شوند. این محصولات ممکن است باعث سریع تر شدن خوردگی سطح فلز شوند و یا از گسترش خوردگی آن جلوگیری کنند و یا هیچ اثری بر روی خوردگی فلز نداشته باشند. بدبختانه اکثر فلزات مورد استفاده در دندانپزشکی محصولات خوردگی تولید می کنند که باعث تسریع خوردگی ثانویه می شود مثال آشنا از یک چنین فرایند خوردگی، خوردگی آهن است که به صورت شدید اتفاق می افتد.
شرط ثانویه در استفاده از فلزات در کاربردهای دندانسازی این است که این فلزات محصولات خوردگی مضر برای بدن تولید نکنند. برخی از فلزات که خود به طور کامل بی خطر هستند، محصولات خوردگی تولید می کنند که بسیار خطرناک اند. نکته ی مهم این است که اگر شرایط خوردگی محیط ما بسیار شدید نباشد، این محصولات سمی ممکن است به آسانی قابل تشخیص نباشند.
برخی از جنبه های محیط های دهانی برای خوردگی بسیار مستعد است مثلا دهان گرم است. که این گرما به همراه رطوبت است. این شرایط همواره با تغییرات دمایی نیز روبروست. غذاها و نوشیدنی ها معمولا دارای PH متنوعی هستند. درطی فرآیند اتفاق افتاده در غذاها اسید تولید می شود (درمحیط دهانی) که این اسیدها برای مواد ترمیم کننده ی دندانی و فلزات بسیار مضر هستند. طلا به دلیل تمایل کم به یونیزه شدن، در برابر عوامل شیمیایی بسیار مقاوم است. از این رو در طول تاریخ از این ماده به وفور در ساخت ساختارهای دندانی استفاده می شده است.
منبع انگلیسی مقاله : Dental materials/ Kenneth j. Anusavice

منبع : سایت راسخون