Vad är en nanokomposit?
En nanokomposit är ett konstgjordt material designat för förbättrad prestanda i valfritt antal unika applikationer: strukturella, funktionella eller kosmetiska. Liksom med andra kompositer innefattar nanokompositen ett basmedium, eller matris, sammansatt av plast, metall eller keramik i kombination med nanopartiklar i suspension. Fyllmedelpartiklarna är mycket mindre än de i vanliga kompositer och är storleken på stora molekyler, minst hundra gånger mindre än kärnan i en mänsklig äggcell.
Det fasta basmediet i en nanokomposit börjar som en vätska som kan sprayas på en yta, strängsprutas eller injiceras i en form. Påfyllningspartiklarna fungerar beroende på deras form: rund, som en boll, eller lång och tunn, som ett rör. Fullerener, nanopartiklar sammansatt helt av kolatomer såsom buckyballs eller nanorör, är ordningsstorlekar mindre än kolfibrerna eller pärlfyllmedel som finns i vanliga kompositer. Dessa fullerener kan bära valfritt antal reaktiva molekyler som används i medicinska tillämpningar.
Ju mindre storleken på fyllmedelspartiklarna i suspension i basmediet är, desto större är ytan tillgänglig för interaktion och desto större är potentialen att påverka materialegenskaperna. I formningsstadierna av nanokompositer måste basmediet lätt strömma in i formar. Vid vissa applikationer måste fyllmedlet anpassa sig till och inte störa flödet i specifika riktningar där styrka eller konduktivitet krävs. Fyllmedel med höga längd-till-breddförhållanden passar väl in i flödet av en flytande bas som ännu inte har blivit fast.
Den ökade ytan på de mindre partiklarna i nanokompositer tvingar deras diffusion och tvingar dem att fördelas jämnare, vilket resulterar i mer jämnare materialegenskaper. Klumpning av nanopartiklar under flödet och uppsättningen av basmediet orsakas av kvarvarande atomladdningar eller när förgreningspartiklar trasslar när de flyter in i varandra. Oönskad och ojämn klumpning bidrar till restspänningar i materialet när basmediet blir fast. Ojämna fördelningar av nanopartiklar på kritiska platser kan orsaka att en design misslyckas, att sluta fungera eller gå sönder. En metod som garanterar jämn fördelning av partiklar är sonokemi, där - i närvaro av ultraljudvågor - bubblor bildas och kollapsar, sprider nanopartiklar mer jämnt.
Av de många applikationerna för nanokompositmaterial är några av intressena elektroniska, optiska och biomedicinska. Nanokompositer som kombinerar ett polymerbasmedium med kolananorör används i förpackningen av elektronik som kräver höljen för att sprida statiska elektriska laddningar och värmebyggningar. För optisk transparens sprider nanopartiklar med en optimal storlek inte ljus utan tillåter det att passera genom medan det fortfarande lägger styrka till materialet. I fotovoltaik, desto mindre partiklar, desto större är solabsorptionen, vilket resulterar i en större elproduktion. Nanopartiklar i kontaktlinser, bildade av en polymerbas, ändrar färg beroende på mängden glukos i patientens tårvätska, vilket indikerar att diabetiker behöver insulin.