Wat is een nanocomposiet?
Een nanocomposiet is een door de mens gemaakt materiaal dat is ontworpen voor verbeterde prestaties in een aantal unieke toepassingen: structureel, functioneel of cosmetisch. Net als bij andere composieten omvat het nanocomposiet een basismedium of matrix, samengesteld uit plastic, metaal of keramiek gecombineerd met nanodeeltjes in suspensie. De vulstofdeeltjes zijn veel kleiner dan die in reguliere composieten en zijn de grootte van grote moleculen, minstens honderd keer kleiner dan de kern van een menselijke eicel.
Het vaste basismedium van een nanocomposiet begint als een vloeistof die op een oppervlak kan worden gesproeid, geëxtrudeerd of in een mal kan worden geïnjecteerd. De vulstofdeeltjes werken afhankelijk van hun vorm: rond, zoals een bal, of lang en dun, zoals een buis. Fullerenen, nanodeeltjes die volledig uit koolstofatomen zijn samengesteld, zoals buckyballs of nanobuisjes, zijn orden van grootte kleiner dan de koolstofvezels of parelvullers die worden aangetroffen in reguliere composieten. Deze fullerenen kunnen elk aantal reactieve moleculen dragen dat in medicinale toepassingen wordt gebruikt.
Hoe kleiner de grootte van de vulstofdeeltjes in suspensie in het basismedium, hoe groter het beschikbare oppervlak voor interactie en hoe groter het potentieel om materiaaleigenschappen te beïnvloeden. In de vormingsfasen van nanocomposieten moet het basismedium gemakkelijk in schimmels stromen. Bij sommige toepassingen moet het vulmiddel worden uitgelijnd met de stroom en niet worden verstoord in specifieke richtingen waar sterkte of geleidbaarheid vereist is. Vulstoffen met hoge lengte-breedte verhoudingen passen goed in de stroom van een vloeibare basis die nog niet vast is geworden.
Het grotere oppervlak van de kleinere deeltjes in nanocomposieten dwingt hun diffusie en dwingt ze om gelijkmatiger te worden verdeeld, wat resulteert in meer consistente materiaaleigenschappen. Het klonteren van nanodeeltjes tijdens de stroming en het basismedium wordt veroorzaakt door resterende atomaire ladingen of wanneer vertakkende deeltjes in de war raken terwijl ze in elkaar stromen. Ongewenst en ongelijk klonteren draagt bij aan resterende spanningen in het materiaal wanneer het basismedium vast wordt. Ongelijke verdeling van nanodeeltjes op kritieke locaties kan ertoe leiden dat een ontwerp defect raakt, niet meer functioneert of kapot gaat. Een methode die een gelijkmatige verdeling van deeltjes garandeert, is sonochemie, waarbij - in aanwezigheid van ultrageluidsgolven bellen worden gevormd die ineenstorten en nanodeeltjes gelijkmatiger verspreiden.
Van de vele toepassingen voor nanocomposietmaterialen zijn er enkele interessant voor elektronische, optische en biomedische. Nanocomposieten die een polymeer basismedium combineren met koolstofnanobuizen worden gebruikt in de verpakking van elektronica die behuizingen nodig heeft om statische elektrische ladingen en thermische opbouw af te voeren. Voor optische transparantie zullen nanodeeltjes met een optimale grootte het licht niet verstrooien maar doorlaten terwijl ze toch sterkte aan het materiaal toevoegen. In fotovoltaïsche zonne-energie, hoe kleiner de deeltjes, hoe groter de zonneabsorptie, wat resulteert in een grotere productie van elektriciteit. Nanodeeltjes in contactlenzen, gevormd uit een polymeerbasis, veranderen van kleur afhankelijk van de hoeveelheid glucose in de traanvocht van de patiënt, wat aangeeft dat de diabetes behoefte heeft aan insuline.