Co to jest nanokompozyt?
Nanokompozyt jest sztucznym materiałem zaprojektowanym w celu zwiększenia wydajności w dowolnej liczbie unikalnych zastosowań: strukturalnym, funkcjonalnym lub kosmetycznym. Podobnie jak w przypadku innych kompozytów, nanokompozyt zawiera podłoże podstawowe, czyli matrycę, złożoną z tworzywa sztucznego, metalu lub ceramiki połączonej z nanocząstkami w zawiesinie. Cząstki wypełniacza są znacznie mniejsze niż te w zwykłych kompozytach i mają wielkość dużych cząsteczek, co najmniej sto razy mniejszych niż jądro ludzkiej komórki jajowej.
Stałe podłoże nanokompozytu zaczyna się jako ciecz, którą można natryskiwać na powierzchnię, wytłaczać lub wtryskiwać do formy. Cząstki wypełniacza działają w zależności od ich kształtu: okrągły, jak kula lub długi i cienki, jak tuba. Fulereny, nanocząstki złożone w całości z atomów węgla, takie jak kulki buksowe lub nanorurki, są rzędami wielkości mniejszymi niż włókna węglowe lub wypełniacze perełek spotykane w zwykłych kompozytach. Te fulereny mogą przenosić dowolną liczbę reaktywnych cząsteczek stosowanych w zastosowaniach medycznych.
Im mniejszy rozmiar cząstek wypełniacza w zawiesinie w ośrodku podstawowym, tym większa powierzchnia dostępna do interakcji i większy potencjał wpływu na właściwości materiału. Na etapach formowania nanokompozytów podłoże podstawowe musi łatwo przepływać do form. W niektórych zastosowaniach wypełniacz musi być wyrównany i nie zakłócać przepływu w określonych kierunkach, w których wymagana jest wytrzymałość lub przewodnictwo. Wypełniacze o wysokich stosunkach długości do szerokości dobrze wyrównują przepływ płynnej bazy, która jeszcze nie stała się stała.
Zwiększone pole powierzchni mniejszych cząstek w nanokompozytach wymusza ich dyfuzję i zmusza je do bardziej równomiernego rozmieszczenia, co skutkuje bardziej spójnymi właściwościami materiału. Zlepianie się nanocząstek podczas przepływu i wiązania ośrodka podstawowego jest spowodowane resztkowymi ładunkami atomowymi lub splątaniem rozgałęzionych cząstek podczas ich przepływu. Niepożądane i nierównomierne zbrylanie przyczynia się do naprężeń szczątkowych w materiale, gdy podłoże staje się stałe. Nierówne rozmieszczenie nanocząstek w krytycznych lokalizacjach może spowodować awarię projektu, zaprzestanie działania lub uszkodzenie. Jedną z metod gwarantujących równomierne rozmieszczenie cząstek jest sonochemia, w której - w obecności fal ultradźwiękowych - powstają pęcherzyki i zapadają się, bardziej równomiernie rozpraszając nanocząsteczki.
Spośród wielu zastosowań materiałów nanokompozytowych niektóre z nich są elektroniczne, optyczne i biomedyczne. Nanokompozyty łączące podłoże polimerowe z nanorurkami węglowymi są stosowane do pakowania elektroniki, która wymaga obudów do rozpraszania ładunków elektrostatycznych i akumulacji ciepła. Dla przejrzystości optycznej nanocząstki o optymalnym rozmiarze nie rozproszą światła, ale pozwolą mu przejść, jednocześnie zwiększając wytrzymałość materiału. W fotowoltaice im mniejsze cząstki, tym większa absorpcja słońca, co powoduje większą produkcję energii elektrycznej. Nanocząstki w soczewkach kontaktowych, utworzone na bazie polimeru, zmieniają kolor w zależności od ilości glukozy w płynie łzowym pacjenta, co wskazuje na zapotrzebowanie na insulinę przez cukrzycę.