Hva er en nanokompositt?

En nanokompositt er et menneskeskapt materiale designet for forbedret ytelse i alle unike bruksområder: strukturell, funksjonell eller kosmetisk. I likhet med andre kompositter inkluderer nanokompositt et basemedium, eller matrise, sammensatt av plast, metall eller keramikk kombinert med nanopartikler i suspensjon. Fyllstoffpartiklene er mye mindre enn de i vanlige kompositter og er på størrelse med store molekyler, minst hundre ganger mindre enn kjernen i en menneskelig eggcelle.

Det faste basemediet til en nanokompositt starter som en væske som kan sprayes på en overflate, ekstruderes eller injiseres i en form. Påfyllingspartiklene fungerer avhengig av form: rund, som en ball, eller lang og tynn, som et rør. Fullerener, nanopartikler sammensatt utelukkende av karbonatomer som buckyballs eller nanorør, er størrelsesorden mindre enn karbonfibrene eller perlefyllere som finnes i vanlige kompositter. Disse fullerenene kan bære et hvilket som helst antall reaktive molekyler som brukes i medisinske applikasjoner.

Jo mindre størrelsen på fyllstoffpartiklene i suspensjon i basemediet er, jo større er overflatearealet som er tilgjengelig for interaksjon, og desto større er potensialet for å påvirke materialegenskapene. I dannelsesstadiene av nanokompositter må basemediet lett strømme inn i form. Ved noen bruksområder må fyllstoffet samkjøre med og ikke forstyrre strømmen i bestemte retninger der styrke eller ledningsevne er nødvendig. Fyllstoffer med høye lengde-til-bredde-forhold stemmer godt overens med strømmen av en flytende base som ennå ikke er blitt solid.

Det økte overflatearealet til de mindre partiklene i nanokompositter tvinger deres diffusjon og tvinger dem til å bli jevnere fordelt, noe som resulterer i mer konsistente materialegenskaper. Klumping av nanopartikler under strømningen og settet av basemediet er forårsaket av gjenværende atomladninger eller når forgreningspartikler floker seg når de strømmer inn i hverandre. Uønsket og ujevn klumping bidrar til restspenninger i materialet når basemediet blir solid. Ujevn distribusjon av nanopartikler på kritiske steder kan føre til at en design svikter, slutter å fungere eller går i stykker. En metode som garanterer jevn fordeling av partikler er sonokjemi, der - i nærvær av ultralydbølger - dannes og kollaps bobler, og spre nanopartikler jevnere.

Av de mange bruksområdene for nanokomposittmaterialer er noen få av interesse elektronisk, optisk og biomedisinsk. Nanokompositter som kombinerer et polymerbase-medium med karbon-nanorør brukes til emballasje av elektronikk som krever hus for å spre statiske elektriske ladninger og termiske oppbygginger. For optisk gjennomsiktighet vil nanopartikler med en optimal størrelse ikke spre lys, men la det passere gjennom mens du fortsatt legger styrke til materialet. I fotovoltaikk, jo mindre partikler, desto større er solopptaket, noe som resulterer i en større produksjon av elektrisitet. Nanopartikler i kontaktlinser, dannet av en polymerbase, endrer farge avhengig av mengden glukose i pasientens tårevæske, noe som indikerer et diabetikeres behov for insulin.