Что такое нанокомпозит?

Нанокомпозит - это искусственный материал, предназначенный для повышения производительности в любых уникальных областях применения: структурном, функциональном или косметическом. Как и в случае других композитов, нанокомпозит включает в себя базовую среду или матрицу, состоящую из пластика, металла или керамики в сочетании с наночастицами в суспензии. Частицы наполнителя намного меньше, чем у обычных композитов, и имеют размер больших молекул, по крайней мере, в сто раз меньше, чем ядро ​​яйцеклетки человека.

Твердая базовая среда нанокомпозита начинается в виде жидкости, которую можно распылять на поверхность, прессовать или впрыскивать в форму. Частицы наполнителя функционируют в зависимости от их формы: круглые, как шарик, или длинные и тонкие, как трубка. Фуллерены, наночастицы, состоящие полностью из атомов углерода, таких как бакиболлы или нанотрубки, на несколько порядков меньше углеродных волокон или наполнителей в виде шариков, обнаруженных в обычных композитах. Эти фуллерены могут нести любое количество реактивных молекул, используемых в медицинских целях.

Чем меньше размер частиц наполнителя в суспензии в основной среде, тем больше площадь поверхности, доступная для взаимодействия, и тем больше вероятность влияния на свойства материала. На этапах формирования нанокомпозитов базовая среда должна легко перетекать в формы. В некоторых случаях наполнитель должен выравниваться, а не нарушать поток в определенных направлениях, где требуется прочность или проводимость. Наполнители с высоким отношением длины к ширине хорошо выравниваются в потоке жидкой основы, которая еще не стала твердой.

Увеличенная площадь поверхности более мелких частиц в нанокомпозитах вызывает их диффузию и заставляет их распределяться более равномерно, что приводит к более согласованным свойствам материала. Скопление наночастиц во время потока и схватывания базовой среды вызвано остаточными атомными зарядами или когда ветвящиеся частицы запутываются, когда они перетекают друг в друга. Нежелательное и неравномерное комкование способствует остаточным напряжениям в материале, когда основная среда становится твердой. Неравномерное распределение наночастиц в критических местах может привести к сбою конструкции, прекращению ее функционирования или поломке. Одним из методов, гарантирующих равномерное распределение частиц, является сонохимия, при которой - в присутствии ультразвуковых волн - образуются пузырьки, которые разрушаются, распределяя наночастицы более равномерно.

Из многих приложений для нанокомпозитных материалов, некоторые из них представляют интерес для электроники, оптики и биомедицины. Нанокомпозиты, сочетающие полимерную базовую среду с углеродными нанотрубками, используются в упаковке электроники, которая требует корпусов для рассеивания статических электрических зарядов и накопления тепла. Для оптической прозрачности наночастицы оптимального размера не будут рассеивать свет, но позволяют ему проходить сквозь него, в то же время увеличивая прочность материала. В фотогальванике, чем меньше частицы, тем больше солнечное поглощение, что приводит к большему производству электроэнергии. Наночастицы в контактных линзах, сформированные из полимерной основы, меняют цвет в зависимости от количества глюкозы в слезной жидкости пациента, что указывает на потребность диабетика в инсулине.