Che cos'è un nanocomposito?
Un nanocomposito è un materiale artificiale progettato per migliorare le prestazioni in qualsiasi numero di applicazioni uniche: strutturale, funzionale o cosmetica. Come con altri compositi, il nanocomposito comprende un mezzo di base, o matrice, composto da plastica, metallo o ceramica combinato con nanoparticelle in sospensione. Le particelle di filler sono molto più piccole di quelle dei composti regolari e hanno le dimensioni di grandi molecole, almeno cento volte più piccole del nucleo di una cellula uovo umana.
Il mezzo di base solido di un nanocomposito inizia come un liquido che può essere spruzzato su una superficie, estruso o iniettato in uno stampo. Le particelle di riempimento funzionano a seconda della loro forma: rotonde, come una palla, o lunghe e sottili, come un tubo. I fullereni, nanoparticelle composte interamente di atomi di carbonio come buckyball o nanotubi, sono ordini di grandezza inferiori rispetto alle fibre di carbonio o ai riempitivi di perline trovati nei compositi regolari. Questi fullereni possono trasportare qualsiasi numero di molecole reattive utilizzate in applicazioni medicinali.
Minore è la dimensione delle particelle di riempimento in sospensione all'interno del mezzo di base, maggiore è l'area di superficie disponibile per l'interazione e maggiore è il potenziale di influenzare le proprietà del materiale. Nelle fasi di formatura dei nanocompositi, il mezzo di base deve fluire facilmente negli stampi. Con alcune applicazioni, il riempitivo deve allinearsi e non interrompere il flusso in direzioni specifiche in cui è richiesta resistenza o conduttività. I filler con elevati rapporti lunghezza-larghezza si allineano bene nel flusso di una base liquida che deve ancora diventare solida.
L'aumento della superficie delle particelle più piccole nei nanocompositi forza la loro diffusione e li costringe a essere distribuiti in modo più uniforme, ottenendo proprietà del materiale più coerenti. L'aggregazione di nanoparticelle durante il flusso e l'insieme del mezzo di base è causata da cariche atomiche residue o quando le particelle ramificate si aggrovigliano mentre fluiscono l'una nell'altra. Il raggruppamento indesiderato e irregolare contribuisce a sollecitazioni residue nel materiale quando il mezzo di base diventa solido. Distribuzioni irregolari di nanoparticelle in punti critici potrebbero causare il fallimento di un progetto, l'interruzione del funzionamento o la rottura. Un metodo che garantisce la distribuzione uniforme delle particelle è la sonochimica, in cui - in presenza di onde ultrasoniche - si formano e collassano bolle, disperdendo le nanoparticelle in modo più uniforme.
Tra le molte applicazioni per i materiali nanocompositi, alcuni di interesse sono elettronici, ottici e biomedici. I nanocompositi che combinano un mezzo di base polimerico con nanotubi di carbonio sono utilizzati nella confezione di componenti elettronici che richiedono custodie per dissipare cariche elettriche statiche e accumuli termici. Per la trasparenza ottica, le nanoparticelle di dimensioni ottimali non disperderanno la luce ma ne consentiranno il passaggio pur continuando ad aggiungere forza al materiale. Nel fotovoltaico, più piccole sono le particelle, maggiore è l'assorbimento solare, con conseguente maggiore produzione di elettricità. Le nanoparticelle nelle lenti a contatto, formate da una base polimerica, cambiano colore a seconda della quantità di glucosio nel liquido lacrimale del paziente, indicando la necessità di insulina da parte di un diabetico.