ナノコンポジットとは？

ナノコンポジットは、構造、機能、または化粧品などのさまざまなユニークなアプリケーションでパフォーマンスを向上させるために設計された人工材料です。 他の複合材料と同様に、ナノ複合材料には、懸濁液中のナノ粒子と組み合わせたプラスチック、金属またはセラミックで構成されるベース媒体またはマトリックスが含まれます。 フィラー粒子は、通常の複合材料の粒子よりもはるかに小さく、大きな分子のサイズであり、ヒトの卵細胞の核よりも少なくとも100倍小さくなっています。

ナノコンポジットの固体ベース媒体は、表面に噴霧したり、金型に押し出しまたは注入できる液体として始まります。 フィラー粒子は、その形状に応じて機能します。球のように丸い、またはチューブのように長くて細い。 フラーレン、バッキーボールやナノチューブなどの炭素原子だけで構成されるナノ粒子は、通常の複合材料に見られる炭素繊維やビーズフィラーよりも桁違いに小さい。 これらのフラーレンは、医療用途で使用される反応性分子をいくつでも運ぶことができます。

ベース媒体内の懸濁液中のフィラー粒子のサイズが小さいほど、相互作用に利用できる表面積が大きくなり、材料特性に影響を及ぼす可能性が大きくなります。 ナノ複合材料の成形段階では、ベース媒体は型に容易に流れ込む必要があります。 用途によっては、フィラーは強度または導電性が必要な特定の方向の流れに沿って流れを妨げないようにする必要があります。 長さと幅の比率が高いフィラーは、まだ固くなっていない液体ベースの流れにうまく適合します。

ナノコンポジットの小さな粒子の表面積が増加すると、それらの拡散が強制され、粒子がより均一に分布するようになり、より一貫した材料特性が得られます。 フロー中およびベース媒体のセット中のナノ粒子の凝集は、残留原子電荷によって、または分岐粒子が互いに流れ込むときに絡まるときに発生します。 望ましくない不均一な凝集は、ベース媒体が固体になったときに材料に残留応力を与える原因となります。 重要な場所にナノ粒子が不均一に分布していると、設計が失敗したり、機能が停止したり、破損したりする可能性があります。 粒子の均一な分布を保証する1つの方法は、超音波の存在下で泡が形成されて崩壊し、ナノ粒子をより均一に分散させるソノケミストリーです。

ナノコンポジット材料の多くの用途のうち、関心のあるものは、電子、光学、および生物医学です。 ポリマーベースの媒体とカーボンナノチューブを組み合わせたナノコンポジットは、静電気と熱の蓄積を消散するためにハウジングを必要とする電子機器のパッケージングに使用されます。 光学的透明性のために、最適なサイズのナノ粒子は光を散乱させませんが、材料に強度を追加しながら、光を通過させます。 太陽光発電では、粒子が小さいほど太陽光の吸収が大きくなり、電気の生産量が増えます。 ポリマーベースで形成されたコンタクトレンズのナノ粒子は、患者の涙液中のグルコースの量に応じて色が変わり、糖尿病患者がインスリンを必要としていることを示しています。