🗊Презентация Свойства и применение нанокомпозитов

Свойства и применение нанокомпозитов Грудцына Кристина 31 группа ФМФ, ФиИ

Определение Нанокомпозит - многокомпонентный твердый материал, в котором один из компонентов в одном, двух или трех измерениях имеет размеры, не превышающие 100 нанометров. Нанокомпозит – многокомпонентный материал, состоящий из пластичной полимерной основы (матрицы) и наполнителя, наноразмерного как минимум в одном измерении.

Наполнители могут быть одномерными (нанотрубки и нановолокна), двухмерными (слоистые минералы, например, глины) или трехмерными (наполнители со сферической формой поверхности).  Наполнители могут быть одномерными (нанотрубки и нановолокна), двухмерными (слоистые минералы, например, глины) или трехмерными (наполнители со сферической формой поверхности). 

Виды нанокомпозитов В зависимости от типа основной матрицы, занимающей большую часть объема нанокомпозитного материала, нанокомпозиты принято подразделять на разные категории: Керамические нанокомпозиты Это керамический материал, получаемый спеканием глин или порошков неорганических веществ, размеры кристаллитов которых имеют размеры менее 100 нм. Включает в себя еще один вид: Слоистые нанокомпозиты. Их тоже создают на основе керамики и полимеров, но с использованием природных слоистых неорганических структур, таких как монтмориллонит или вермикулит, которые встречаются, например, в глинах.

Получение При получении нанокомпозитов на основе керамики применяется зольгель-технология. Исходный компонент – алкоголяты некоторых химических элементов и органические олигомеры. Сначала алкоголяты подвергают гидролизу, а затем проводят реакцию поликонденсации гидроксидов. В результате образуется керамика из неорганической трехмерной сетки. Существует также метод синтеза, в котором полимеризация и образование неорганического стекла протекают одновременно.

У слоистых нанокомпозитов слой наполнителя (монтмориллонит или вермикулит), толщина которого составляет ~1нм, насыщают раствором мономера, а затем проводят полимеризацию. У слоистых нанокомпозитов слой наполнителя (монтмориллонит или вермикулит), толщина которого составляет ~1нм, насыщают раствором мономера, а затем проводят полимеризацию.

Металл-матричные нанокомпозиты Металл-матричные нанокомпозиты В качестве усиливающего компонента (нанокомпонента) содержат углеродные нанотрубки

Получение Металлосодержащие нанокомпозиты можно получить, например, совместным осаждением паров металла и активного предшественника (мономера) с последующей его полимеризацией. Полученные металлосодержащие материалы оптически прозрачны, высоко проницаемы для низкомолекулярных веществ.

Полимер-матричные нанокомпозиты Полимер-матричные нанокомпозиты содержат полимерную матрицу с распределенными по ней наночастицами или нанонаполнителями, которые могут иметь сферическую, плоскую или волокнистую структуру.

Обычно, наночастицы диспергируются в материале-матрице непосредственно в процессе производства нанокомпозита. Содержание нанонаполнителя – может быть относительно низким (0,5 до 5 масс.%).  Обычно, наночастицы диспергируются в материале-матрице непосредственно в процессе производства нанокомпозита. Содержание нанонаполнителя – может быть относительно низким (0,5 до 5 масс.%). 

Получение Получение полимерных наноразмерных частиц металлов и их оксидов является двухстадийным: молекулярное диспергирование (атомизацию либо восстановление) и последующую конденсацию атомарного металла в наночастицы. Эти стадии быстро следуют одна за другой, в результате протекает единый сложный процесс возникновения зародышей и роста твердой металлической фазы.

Широкое распространение нашли способы испарения атомарного металла на тонкие полимерные материалы, находящиеся при низких температурах, формирование полимерных оболочек полимеризацией в плазме, термическое разложение легколетучих соединений металлов, различные варианты восстановительных и электрохимических способов формирования нанокомпозитов. Особое внимание уделяется получению гибридных нанокомпозитов на стадии полимеризации (поликонденсации), т.н. методам in situ.  Широкое распространение нашли способы испарения атомарного металла на тонкие полимерные материалы, находящиеся при низких температурах, формирование полимерных оболочек полимеризацией в плазме, термическое разложение легколетучих соединений металлов, различные варианты восстановительных и электрохимических способов формирования нанокомпозитов. Особое внимание уделяется получению гибридных нанокомпозитов на стадии полимеризации (поликонденсации), т.н. методам in situ. 

Свойства нанокомпозитов Прочность; Газонепроницаемость; Способность замедлять горение; Термостабильность; Огнестойкость; Прочность на растяжение, сжатие, изгиб и излом; Проницаемость и стойкость к растворителям; Электрическая проводимость; Износостойкость; Малый вес (полимерные нанокомпозиты); Сопротивление химическим воздействиям; Высокий показатель светопреломления (нанокомпозиты на основе полимеров и керамик).

Применение Поверхности электроплит и в различных технических системах (керамические) Создание литиевых элементов питания (кремниево-углеродный нанокомпозит) Токопроводящая бумага (гибкие батареи) и термоэлектрические материалы (нанокомпозиты из нанотрубок) Создание микроскопических сенсоров (полимер-матричные нанокомпозиты) Компоненты авиатехники (нанокомпозиты на основе графена) Упаковочная промышленность (высокобарьерные плёнки)

Кабельная промышленность (негорючие кабельные композиции) Кабельная промышленность (негорючие кабельные композиции) В автомобильной промышленности из нанокомпозитных материалов можно изготавливать различные элементы интерьера, электронного оборудования, систем безопасности, шин, модулей двигателей автомобилей. Создание защитной одежды Использование при переработке органических загрязнений в безопасные материалы («зеленая химия»)

В медицине В медицине В стоматологии для восстановления зубной эмали Ускоренное восстановление структуры поврежденных костей (вдоль костей устанавливают направляющие рост и регенерацию тканей костей шарниры, сделанные из полимерного нанокомпозита, содержащего нанотрубки) Полупроводниковые квантовые точки могут выступать в качестве внутриклеточных флуоресцентных красителей (квантовые точки помещаются в нанокомпозитные частицы. Которые проникают в цитоплазму клеток)