Co je nanokompozit?
Nanokompozit je umělý materiál určený pro zvýšený výkon v mnoha jedinečných aplikacích: strukturálních, funkčních nebo kosmetických. Stejně jako u jiných kompozitů obsahuje nanokompozit základní médium nebo matrici složené z plastu, kovu nebo keramiky kombinované s nanočásticemi v suspenzi. Částice výplně jsou mnohem menší než částice v běžných kompozitech a jsou velikostí velkých molekul, nejméně stokrát menší než jádro lidské vajíčko.
Pevné základní médium nanokompozitu začíná jako kapalina, která může být nastříkána na povrch, vytlačována nebo vstřikována do formy. Částice plniva fungují v závislosti na jejich tvaru: kulaté, jako koule, nebo dlouhé a tenké, jako trubice. Fullereny, nanočástice složené výhradně z atomů uhlíku, jako jsou buckyballs nebo nanotrubičky, jsou řády o velikosti menší než uhlíková vlákna nebo korálky, které se vyskytují v běžných kompozitech. Tyto fullereny mohou nést libovolný počet reaktivních molekul používaných v lékařských aplikacích.
Čím menší je velikost částic plniva v suspenzi v základním médiu, tím větší plocha je k dispozici pro interakci a větší potenciál ovlivnit vlastnosti materiálu. Ve formovacích fázích nanokompozitů musí základní médium snadno proudit do forem. U některých aplikací se musí výplň vyrovnat s tokem ve zvláštních směrech, kde je vyžadována pevnost nebo vodivost, a nesmí jej narušit. Plniva s vysokým poměrem délky k šířce se dobře vyrovnávají v proudu kapalné báze, která musí být stále pevná.
Zvětšená povrchová plocha menších částic v nanokompozitech nutí jejich difúzi a nutí je k rovnoměrnější distribuci, což má za následek konzistentnější materiálové vlastnosti. Shlukování nanočástic během toku a nastavení základního média je způsobeno zbytkovými atomovými náboji nebo když se větvící částice zamotávají, když proudí k sobě. Nežádoucí a nerovnoměrné shlukování přispívá ke zbytkovému napětí v materiálu, když základní médium ztuhne. Nerovnoměrná distribuce nanočástic v kritických místech může způsobit selhání konstrukce, zastavení funkce nebo poškození. Jednou z metod, která zaručují rovnoměrné rozdělení částic, je sonochemie, při které se v přítomnosti ultrazvukových vln vytvářejí bubliny, které se zhroutí a rovnoměrněji rozptýlí nanočástice.
Z mnoha aplikací pro nanokompozitní materiály je několik zajímavých elektronických, optických a biomedicínských materiálů. Nanokompozity kombinující polymerní základní médium s uhlíkovými nanotrubicemi se používají při balení elektroniky, která vyžaduje pouzdra, aby rozptýlila statické elektrické náboje a akumulaci tepla. Pro optickou průhlednost nebudou nanočástice optimální velikosti rozptylovat světlo, nýbrž umožňují průchod, přičemž stále zvyšují pevnost materiálu. Ve fotovoltaice, čím menší částice, tím větší je absorpce sluneční energie, což má za následek větší produkci elektřiny. Nanočástice v kontaktních čočkách, vytvořené z polymerové báze, mění barvu v závislosti na množství glukózy v pacientově slzné tekutině, což naznačuje, že diabetik potřebuje inzulín.