Нанокомпозити — вступ

Визначення і мотивація

Нанокомпозити — це багатофазні матеріали, де принаймні один компонент має нанорозмірні характеристики (1–100 нм). Додавання нанонаповнювачів (наночастинки, нанотрубки, графен, наноглини) суттєво покращує жорсткість, міцність, провідність, теплостійкість та барʼєрні властивості при низьких концентраціях наповнювача завдяки високій питомій поверхні та інженерії міжфазних взаємодій.

Матриці та нанонаповнювачі

Полімерні матриці: епоксиди, поліаміди, поліолефіни, термоеласти.

Металеві матриці: Al, Mg, Ti з керамічними наночастинками.

Керамічні матриці: Si3N4, Al2O3 з CNT/графеном.

Нанонаповнювачі: CNT, графен/рГрафен, наноглини (MMT), SiO2, Al2O3, TiO2.

Інтерфейс і перколяція

Механічні та електричні властивості визначаються міжфазною зоною і дисперсією частинок. Функціоналізація поверхні (силани, карбоксили, аміни) покращує адгезію. Електропровідність зʼявляється при досягненні перколяційного порогу (часто 0.1–2 wt% для CNT/графену).

Методи виготовлення

Розчинне змішування, розплавне компаундування, in situ полімеризація.

Шаруваті структури через самозбірку і вакуумну інфузію.

3D-друк з нанонаповнювачами для функціональних прототипів.

Властивості і характеристика

Механіка: модуль Юнга ↑, міцність на розрив/зсув, ударна вʼязкість.

Теплофізика: підвищена теплопровідність (графен), теплостійкість (Tg, Tm).

Електрика: провідні шляхи через CNT/графен; EMI-екранування.

Барʼєрність: газонепроникність завдяки «звивистим» дифузійним шляхам.

Застосування

Авіакосмічна галузь: легкі панелі з підвищеною міцністю.

Електроніка: провідні композити, тепловідводи.

Енергетика: композити для вітротурбін, батарейні компоненти.

Авто: ударостійкі, знижена маса, антистатичні деталі.

Гайд з прикладами

Приклад: Епоксид + графен

Ультразвукова диспергація графену в розчиннику з ПАР.

Додавання до епоксидної смоли, контроль вʼязкості.

Затвердіння при поетапному нагріві; оцінка Tg, модулів, провідності.

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Brownian Motion — Nanoparticle Diffusion Simulator і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.