4. Vlastnosti nanokompozitů

Nanokompozity představují další aktuální trend v materiálovém výzkumu, jenž se začíná v posledních letech stále více uplatňovat. Nanokompozity jsou dvoufázové materiály tvořené polymerní matricí a zpevňující fází, jejíž alespoň jeden rozměr spadá do oblasti nanometrů. Odtud je odvozen používaný název nanokompozit.  Tato aktivní fáze je taková látka, která disponuje některými zajímavými vlastnostmi (tj. magnetickými, elektrickými) a je rovnoměrně rozptýlena v matrici. Hlavní úlohou interní matrice je pevně spojovat a nést jednotlivé nanočástice a zároveň bránit jejich přímému kontaktu mezi sebou. Přednostmi aktivní látky, ve formě nanočástic, jsou její odlišné fyzikální vlastnosti oproti objemovému materiálu.

 

Neexistuje žádné uspokojivé vysvětlení pro důvod zlepšení vlastností polymerních nanokompozitů. Zajímavá vlastnost, která je všeobecně uznávána, je obrovský nárůst plochy povrchu k objemu částic nanomateriálů - viz Obr. 4 (počet atomů vytvářejících povrch nanočástic je poměrně vyšší než počet atomů uvnitř částice) [14]. Například u částic, které mají plošně kubicky centrované a uzavřené uspořádání a obsahují 55 atomů, mají 42 atomů na povrchu a povrchové atomy tak představují 77 % jejich celkového počtu. [12] To znamená, že menší částice vykazují podstatně větší plochu pro interakci s matricí (polymerem) než větší částice se stejným objemem. 

 

Hlavní vliv na makroskopické vlastnosti se získávají již při velmi malé koncentraci nanočástic, díky mezifázové ploše nanočástic. Z tohoto důvodu jsou fyzikální vlastnosti nanokompozitu silně ovlivněny dispergací a kvalitou rozhraní mezi nanočásticemi a matricí. Vytvořené shluky - aglomeráty - mají rozdílné vlastnosti než kvalitně dispergované částice.

 

Vytvoření homogenního prostředí v nanokompozitu není snadný úkol, protože částice mají velikou tendenci se shlukovat. Stupeň disperze může být zlepšen úpravou povrchu nanočástice nebo delším výrobním procesem (delší doba míchání, atd.). [13]

Zásadní význam pro zajištění správné disperze plniva v polymerní matrici mají také chemické vazby mezi organickými a anorganickými složkami.

 

Zatímco tradiční mikrokompozity využívají více než 50 % hm. materiálu výztuže, nanokompozity mohou vykazovat zlepšení vlastností při jednotkách procent hmotnosti.

Nové chování v nanoměřítku není nutně předvídatelné od toho, co bylo pozorováno u materiálů s větším měřítkem. Nejvýznamnější změny ve vlastnostech nanokompozitu nejsou způsobeny snížením velikosti, nýbrž jsou pozorovatelné u nově vzniklých fenoménů, jako je převaha mezifázových jevů a kvantových mechanizmů. [13], [14]