Qu'est-ce qu'un nanocomposite?
Un nanocomposite est un matériau synthétique conçu pour améliorer les performances dans de nombreuses applications uniques: structurelles, fonctionnelles ou cosmétiques. Comme pour les autres composites, le nanocomposite comprend un milieu de base, ou matrice, composé de plastique, de métal ou de céramique associé à des nanoparticules en suspension. Les particules de charge sont beaucoup plus petites que celles des composites ordinaires et ont la taille de grosses molécules, au moins cent fois plus petites que le noyau d'un ovule humain.
Le milieu de base solide d'un nanocomposite commence par un liquide qui peut être pulvérisé sur une surface, extrudé ou injecté dans un moule. Les particules de remplissage fonctionnent en fonction de leur forme: rondes, comme une balle, ou longues et fines, comme un tube. Les fullerènes, nanoparticules composées entièrement d'atomes de carbone, tels que des billes de Bucky ou des nanotubes, sont de plusieurs ordres de grandeur plus petits que les fibres de carbone ou les charges de billes que l'on trouve dans les composites ordinaires. Ces fullerènes peuvent contenir un nombre quelconque de molécules réactives utilisées dans des applications médicales.
Plus la taille des particules de charge en suspension dans le support de base est petite, plus la surface disponible pour l'interaction est grande et plus le potentiel d'influence sur les propriétés du matériau est important. Dans les étapes de formation des nanocomposites, le support de base doit s’écouler facilement dans les moules. Avec certaines applications, le remplisseur doit s’aligner avec le flux et ne pas le perturber dans des directions spécifiques où la résistance ou la conductivité est requise. Les charges avec des rapports longueur / largeur élevés s'alignent bien dans le flux d'une base liquide qui doit encore devenir solide.
La surface accrue des particules plus petites dans les nanocomposites force leur diffusion et les oblige à être réparties plus uniformément, ce qui permet d'obtenir des propriétés de matériau plus cohérentes. L’agglutination des nanoparticules pendant l’écoulement et la formation du milieu de base est provoquée par des charges atomiques résiduelles ou lors de l’embrouillage des particules lorsqu’elles s’écoulent les unes dans les autres. Une agglutination indésirable et inégale contribue aux contraintes résiduelles dans le matériau lorsque le support devient solide. Une distribution inégale des nanoparticules dans des emplacements critiques peut entraîner l'échec, le fonctionnement ou la rupture d'une conception. La sonochimie est une méthode qui garantit la distribution uniforme des particules, dans laquelle, en présence d'ondes ultrasonores, des bulles se forment et s'affaissent, dispersant les nanoparticules de manière plus uniforme.
Parmi les nombreuses applications des matériaux nanocomposites, quelques unes sont électroniques, optiques et biomédicales. Les nanocomposites combinant un milieu de base polymère avec des nanotubes de carbone sont utilisés dans l'emballage de composants électroniques nécessitant des boîtiers pour dissiper les charges électriques statiques et les accumulations thermiques. Pour la transparence optique, les nanoparticules de taille optimale ne disperseront pas la lumière mais lui permettront de passer au travers tout en renforçant le matériau. En photovoltaïque, plus les particules sont petites, plus l'absorption solaire est grande, ce qui entraîne une plus grande production d'électricité. Les nanoparticules dans les lentilles de contact, constituées d'une base de polymère, changent de couleur en fonction de la quantité de glucose dans le liquide lacrymal du patient, ce qui indique le besoin d'insuline du diabétique.