Hvad er en nanokomposit?
En nanokomposit er et menneskeskabt materiale designet til forbedret ydelse i ethvert antal unikke anvendelser: strukturel, funktionel eller kosmetisk. Som med andre kompositter indbefatter nanokompositten et basemedium eller matrix, sammensat af plast, metal eller keramik kombineret med nanopartikler i suspension. Fyldstofpartiklerne er meget mindre end dem i almindelige sammensætninger og er på størrelse med store molekyler, mindst hundrede gange mindre end kernen i en human ægcelle.
Det faste basemedium i en nanokomposit starter som en væske, der kan sprøjtes på en overflade, ekstruderes eller injiceres i en form. Fyldstofpartiklerne fungerer afhængigt af deres form: runde, som en kugle, eller lang og tynd, som et rør. Fullerener, nanopartikler, der udelukkende er sammensat af carbonatomer, såsom buckyballs eller nanorør, er størrelsesordener mindre end carbonfibre eller perlefyldere der findes i almindelige kompositter. Disse fullerenener kan bære et hvilket som helst antal reaktive molekyler, der anvendes til medicinske anvendelser.
Jo mindre størrelsen på fyldstofpartiklerne i suspension i basemediet er, jo større er det disponible overfladeareal til interaktion og desto større er potentialet for at påvirke materialegenskaber. I dannelsesstadierne af nanokompositter skal basemediet let strømme ind i forme. Ved nogle applikationer skal fyldstoffet justere og ikke forstyrre strømmen i specifikke retninger, hvor styrke eller ledningsevne er påkrævet. Fyldstoffer med høje længde-til-bredde-forhold justeres godt i strømmen af en flydende base, der endnu ikke er blevet fast.
Det øgede overfladeareal af de mindre partikler i nanokompositter tvinger deres diffusion og tvinger dem til at blive mere jævnt fordelt, hvilket resulterer i mere konsistente materialegenskaber. Klumpning af nanopartikler under strømningen og sættet af basemediet er forårsaget af resterende atomladninger, eller når forgreningspartikler floker, når de strømmer ind i hinanden. Uønsket og ujævn klumpning bidrager til resterende spændinger i materialet, når basemediet bliver solidt. Ujævn nanopartikelfordeling på kritiske steder kan forårsage, at et design mislykkes, at stoppe med at fungere eller gå i stykker. En metode, der garanterer en jævn fordeling af partikler, er sonokemi, hvor - i nærvær af ultralydbølger - dannes bobler og kollaps, hvilket spreder nanopartikler mere jævnt.
Af de mange anvendelser til nanokompositmaterialer er nogle få af interesserne elektroniske, optiske og biomedicinske. Nanokompositter, der kombinerer et polymerbasemedium med carbonananorør, bruges til emballering af elektronik, der kræver huse for at sprede statiske elektriske ladninger og termiske opbygninger. For optisk gennemsigtighed spreder nanopartikler med en optimal størrelse ikke lys, men tillader det at passere igennem, mens det stadig styrker materialet. I fotovoltaik, jo mindre partikler er, jo større er solabsorptionen, hvilket resulterer i en større produktion af elektricitet. Nanopartikler i kontaktlinser, der er dannet af en polymerbase, ændrer farve afhængigt af mængden af glukose i patientens tårevæske, hvilket indikerer, at et diabetiker har behov for insulin.