Hvad er en nanokomposit?
En nanokomposit er et menneskeskabt materiale designet til forbedret ydelse i et vilkårligt antal unikke anvendelser: strukturelle, funktionelle eller kosmetiske. Som med andre kompositter inkluderer nanokompositen et basismedium eller matrix sammensat af plast, metal eller keramik kombineret med nanopartikler i suspension. Fyldstofpartiklerne er meget mindre end dem i almindelige kompositter og er på størrelse med store molekyler, mindst hundrede gange mindre end kernen i en human ægcelle.
Det faste basismedium af 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. Fullerenes, nanopartikler, der udelukkende er sammensat af carbonatomer, såsom buckyballs eller nanorør, er størrelsesordrer mindre end carbonfibrene eller perlefyldstoffer, der findes i regelmæssige kompositter. Disse fullerener kan bære ethvert antal reaktive molekyler, der bruges imedicinske applikationer.
Jo mindre størrelsen på fyldstofpartiklerne i suspension i basismediet, jo større er det overfladeareal, der er tilgængeligt for interaktion, og jo større er potentialet til at påvirke materielle egenskaber. I de dannende stadier af nanokompositter skal basismediet let strømme ind i forme. Med nogle applikationer skal fyldstoffet tilpasse sig og ikke forstyrre strømmen i specifikke retninger, hvor styrke eller ledningsevne er påkrævet. Fyldstoffer med høj længde-til-breddeforhold justeres godt i strømmen af en flydende base, der endnu ikke er blevet solid.
Det øgede overfladeareal af de mindre partikler i nanokompositter tvinger deres diffusion og tvinger dem til at være mere jævnt fordelt, hvilket resulterer i mere ensartede materialegenskaber. Klumpning af nanopartikler under strømmen og sættet af basismediet er forårsaget af resterende atomafgifter eller ved forgrening af partikler tangle Når de flyder ind i hinanden. Uønsket og ujævn klumpning bidrager til restspændinger i materialet, når basismediet bliver solidt. Ujævn nanopartikelfordeling på kritiske steder kan få et design til at mislykkes, stoppe med at fungere eller gå i stykker. En metode, der garanterer endda distribution af partikler, er sonokemi, hvor - i nærvær af ultralydbølger - bobler dannes og kollapser, og spreder nanopartikler mere jævnt.
Af de mange anvendelser til nanokompositmaterialer er et par af interesse elektroniske, optiske og biomedicinske. Nanokompositter, der kombinerer et polymerbasismedium med carbon nanorør, bruges til emballage af elektronik, der kræver, at huse spreder statiske elektriske ladninger og termiske opbygninger. For optisk gennemsigtighed vil nanopartikler af en optimal størrelse ikke sprede lys, men lad den passere igennem, mens den stadig tilføjer styrke til materialet. I fotovoltaik, jo mindre partiklerne, den storeer solabsorptionen, hvilket resulterer i en større produktion af elektricitet. Nanopartikler i kontaktlinser, dannet af en polymerbase, skifter farve afhængigt af mængden af glukose i patientens tårevæske, hvilket indikerer et diabetiker behov for insulin.