מבוא

תרכובות פולימר הפכו לחומרים יסוד בתחום התעופה, הרכב, האלקטרוניקה והתעשיות הביו-רפואיות בשל יחסם הגבוה למשקל, עמידות לשחיתות, וגמישות עיצובית.עם זאת, הביקוש הגובר לחומרים עם ביצועים מכניים מעולים, יציבות תרמית, ורב-תפקודי הוביל את המחקר של ננומטריד אמיתי.

סוגים של ננו-מטופלרים והאופיים שלהם

Zero-Dimensional ננופלר (D)

ננופילרים חלקיקים בגודל אפס כוללים חלקיקים spherical nanoparticles כגון silica (SiO2), titania (TiO2), ו alumina (Al2O3), שטח פני השטח שלהם גבוה מקדם דבקות בין-גזעית חזקה עם פולימרים. Silica ננו-חלקיקים, לדוגמה, משמשים באופן נרחב לשיפור התנגדות ומודולוס בציפויים מבניים ו- , הוא בדרך כלל גורם מגנטי לפיזור של תכונות של תכונות.

אחד מהננופלרים (D)

nanofillers חד-ממדי, בעיקר צינורות פחמן (CNTs) וננווטים, בעלי תכונות אקסקסיאליות יוצאות דופן. nanotubes פחמן חד-בסיסיים (SWCNTs) מציגות חוזקות של עשרות עד 100 GPa ו Young & Young & #8217;s Moduli מעל 1 TPa-Mos-Mon-Mosss (MWCNTs) הם יותר יעילים ועדיין לספק רמה גבוהה של סגסוגת מגנטית גבוהה של קומפקטית של .

שני ננופיפונים (2D)

nanofillers דו-ממדי כוללים nanoclays (למשל, מונטמורלייט), גרפן נגזרות שלה, ו הידרוקסידים שכבתי חומרים דמויי צלחת אלה מציעים שטח גבוה מאוד שטח ונכסים מחסום. Graphene, במיוחד, משכה עניין עצום בשל הנוקשות המכנית יוצאת דופן שלה - 1 TPa), מוליכות תרמית, וגמישות תרמית.

עוד ננופלילרים

ננו-קריסטלים (CNC) ו- nanofibrillated cellulose (NFC) הם nanofillers המבוססים על ביולוגית המספקים מודולים גבוהים והתחדשות. מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs) ופוליhedral oligomeric silsquioxane (POSS) מייצגים ממלאים מתקדמים עם טונה וכימיה פונקציונלית של NEX.

שינויים מורפולוגיים שננקטו על ידי ננופלר

אכזבה והפצת

ההשפעה המורמוולוגית של ננופלרים מתחילה עם מצב הפיזור שלהם. Agglomerated nanofillers לפעול כמצמי הלחץ ו ביצועי הפחתת קצבה, בעוד nanoparticles מדבקים ליצור אזור גדול בין-גזעי.טכניקות כגון טיפול קולי, שילוב גבוה-שבח, ו- in-situizing מועסקים כדי לפרק את הצטברות.

הקמת רשת Percolation

בשבריר נפח קריטי, הידוע בשם סף ההנצחה, ננופלרים יכולים ליצור רשת רציפה בתוך ממטריקס פולימרי.רשת זו משנה ביסודה את ה-#8217 המורכב; מורפולוגיה של רצף הומוגני למבנה מקושר.עבור תכונות חשמליות 0.10, ההצבעה מובילה לעלייה חדה ב מוליכותרפיות.

התנהגות Crystallization

ננומטים משמשים לעתים קרובות כסוכנים מניקה עבור פולימרים למחצה כגון פוליפרופילן (PP), פולימיד (PA), ופולי (אתילן terephthalate) (PET) נוכחות של חלקיקים יכול להגדיל את טמפרטורת הנוקשות של PPlization, להפחית את גודל הפריפריה, ולשנות את הפולימורולוגיה התרמית.

אזור בין-גזעי ו- Interphase

האזור המקיף כל חלקיקים - ה- interphase - יש תכונות נפרדות מן הפולימרים הגדולים. חזק אג"ח interfacial מגביל את הניידות שרשרת פולימרי, המוביל לשכבת של רשתות לא מובנות או חלקית לא משגשגות. זה בין-phase יכול להיות מודולוס גבוה יותר מאשר את השפע, ביעילות להגדיל את נפח חיזוק.

שיפור ביצועים מכני

מניות Tensile Properties

חוזק Tensile ומודולוס הם השיפורים המכניים הנפוצים ביותר בפולימרים nanocomposites.כלל התערובת צופה כי הוספת ממלאי מתוגד גבוה יגדיל את הנוקשות המורכבת, אבל השיפור בפועל תלוי מאוד על פיזור וקשר בין-גזעי. ובכן-Desed silicaparticles יכול להגדיל את המשתנים של epoxy על ידי 30-60% ב נפיחות של לחץ על ידי צינורות מגנטית נוקשה.

נוקשות והתנגדות

בריטלים כגון epoxies ופוליסטיילנס נהנים מאוד nanofillers המציגים מנגנוני פירוק אנרגיה. סדקים דה השתקפות, למלא משיכה החוצה, וצמיחה מפלסטיק הם מנגנונים קשיחים. חלקיקים ננוסיליקה הוכח להגדיל את קשיחות השבעה (K IC) של epoxy עד 80% ללא סיבוכים של פחמן ננוחיות וגרף, גם גרף של גרף ל- 50azen, מניעת השפעה קטסטרופלית, היא עלולה להגביר את ההשפעה של .

Fatigue and Long-Term Performance

תחת טעינה מחזורית, ננופלרים יכולים לדכא את התכווצות הפציפקט להאטה.שטח פני השטח הגבוה של חלקיקים מפיץ מתח אחיד יותר, צמצום הנזק המקומי.מחקרים על פחמן ננוtube /פוסקס מורכבים מראים הרחבה משמעותית של חיי עייפות - לפעמים על ידי סדר גודל - בהשוואה לריחות לא מלאים.

התנהגות

Polymer Craeva - פיזור תלוי בזמן תחת לחץ קבוע - הוא מצטמצם על ידי ננומטים המגבילים את הניידות המולקולרית.שכבת הבין-פעוט הבלתי-מוביל מפחיתה את השרשרת מחוספסת.Nanoclaylet אוריינטציה צלחת לכיוון הטעינה מספקת נתיב מתפתל כי עיכובים מצמררים. nanotubes, במיוחד כאשר מתואמים, יכול להפחית את המתח על ידי 50% או יותר.

גורמים המשפיעים על ביצועי מכונות

מלא עומס ו Aspect Ratio

טעינה מתאימה היא הסכם סחר: מעט מדי מספק חיזוק לא מספיק, יותר מדי מוביל לזיהום והתגלמות. עבור חלקיקים pherical, ההטען האופטימלי הוא בדרך כלל 2-5 wt%; עבור ננוקליות זה יכול להיות 3-7 wt%; עבור CNTs זה לעתים קרובות 0.5-2 wt%.

שינוי פני השטח ותפקוד

לנונוטיפים פריסטין לעתים קרובות יש תאימות גרועה עם פולימרים אורגניים. טיפולים Surface - סוכנים הפיכה סלנית, פולימרט מטבוליזם, חמצון (עבור CNTs), או מודעות גלישה מקודמות - לשפר את יכולת הלב רטובה וחיבור. Silane-careed silicas טיפול ב- CNTs כדי לשפר את האגמים פונקציונליים עם epoxy matrices, להגדיל באופן דרמטי את העוצמה הבין-גזעית עבור ננוקליזציה, כמו CNTicicics.

שיטות עיבוד

מלת תערובת היא השיטה הניתנת להיקף תעשייתי ביותר עבור ננוקום thermoplastic, אבל זה לא יכול להשיג פיזור מלא ללא הירר.פתרון ערבוב, שבו הממלא מפוזר במזומן לפני הוספת הפולימרים, יכול לייצר פיזור טוב יותר אבל כרוך בסילוק מפונקציה. in-situ-situ-situing מערכת , שבו ננופלרים מפוזרים במונות לפני פולימריזציה - לעתים קרובות התשואות הטוב ביותר ופיזור הדם החזק ביותר, 2 ליטרים, 2 ליטרים, 000.

המונחים: ננופלר

מחסנים Anisotropic (nanotubes, גרפן, ננוקליות) מציגים תכונות תלויות מאוד. Aligning ננוfillers בכיוון של טעינה ממקסמים חיזוקים.טכניקות כגון אלקטרוספינינג, היערכות מגנטית, ו מתיחה מכנית יכול להשיג אוריינטציה.לדוגמה, מיישר צינורות פחמן במריצה epoxy יכול לספק עלייה של 200% במודולולים לאורך האוריינטציה, אך דורש שיפור מכנית הוא דורש שיפור יעיל.

טכניקות אפיון

מיקרוסקופיה

סריקת מיקרוסקופיה אלקטרונים (SEM) ו- העברת מיקרוסקופיה אלקטרונים (TEM) הם הכרחיים עבור הדמיה של פיזור ננופלר מורפולוגיה. SEM מספק טופוגרפיה ויכול לחשוף agglomerates במיקרו-לנומטרי. TEM מציעה התבוננות ישירה של חלקיקים בודדים, ההפצה שלהם, ואת אזור הבין-phase (AFM) מפות משטחים ו-heulating טכניקות מדידה חיוניים, המאפשרים של עיבוד.

ספקטרוסקופיה ו Scattering

דיפרקציה רנטגן (XRD) משמש כדי להעריך את מצב התפוצה של ננוקליות על ידי ניטור השינוי d-spacing. Raman spectroscopy הוא חזק במיוחד עבור ממלאים מבוססי פחמן: G ו D להקות מצביעים על איכות CNT ועומס העברה. Fourier-form אינפרא אדום spectroscopy (FTIR) יכול לאשר תגובות פונקציונליות קטן פיזור X-S (S) ו-S מנפח שטח גדול יותר (S) סגסוגת מיקרוסקופית (x-S) מאשר נפח מיקרוסקופית (SX).

בדיקות מכניות

בדיקות Tensile (ASTM D638, ISO 527) מדדים Modulus, כוח תשואה והמשך. Flexural בדיקות (ASTM D790) להעריך קשיחות מתחת לפני כ"כ Fracture קשיחות (ASTM D5045 עבור K IC ו- G IC) לכמת התנגדות לפצח את האנליזה המכנית (DMA) והפסדים כמו פונקציות של טמפרטורה, מתן אפקט חשיפה לטמפרטורה (D) לאפקטיביות מרובות.

תגיות: Nanofiller-Reinforced Polymer Composites

אוויר ורכב

ירידה במשקל היא נהג ראשי. פחמן nanotube /epoxy מורכב משמשים ירידות מטוסים, לוחות פנימיים, מסוק רוטטור להבים עבור כוח ספציפי שלהם והתנגדות עייפות. ננוקלי / פרוליפילן ננוקום מועסקים בפגושים רכב ושלישים פנים עקב שיפור ביצועים משופרים ואפקט.

חבילות ובקשות לגדר

אריזה מזון דורשת חומרים עם חמצן נמוך לחות Permeability. ננוקליות ו גרפן ננופליות ליצור נתיב diffusion מתפתל, צמצום של גז על ידי 50-90% בהשוואה לפולימרים מסודרים.פולימרים ביודגרד כמו חומצה פולילאקטית (PLA) משולבים לעתים קרובות עם ננופלרים כדי לשפר את המכשולים והמאפיינים המכניים, להאריך את החיים של מוצרי מדף.

אלקטרוניקה ואנרגיה

nanocomposites מוליכים מלא CNTs או גרפן משמשים עבור שחרור אלקטרוסטטי (ESD) הגנה, אלקטרודות גמישות וחיישנים. סף ההנצחה מאפשר מוליכות בעומסים מילוי נמוך, שמירה על יכולת תהליך פולימרי.באחסון אנרגיה, nanofillers לשפר את מוליכות ionic ושלמות מכנית של אלקטרוליטים עבור סוללות ליתיום ו supercapacielectrictors הם פתחים גבוהים.

יישומים ביו-רפואיים

ננוטיפים לא-תואמים כמו hydroxyapatite nanoparticles ו- silica משמשים מלט העצם ורקמות הנדסה פיגופילים כדי לשפר תכונות מכניות bioactivity. ננוtubes נחקרו עבור חידוש עצבי ואספקת תרופות, אם כי חששות רעילות נשאר.פולימר ננוקומה עם ננומסורים אנטי-בקיים (sver, נחושת) משמשים בפצעים והיכולת הרפואית להתאים את ה- nanofillers.

מסקנה

ננופלרים שינו באופן יסודי את הנוף של פולימרים מורכבים על ידי מתן שיפורים רכוש שלא ניתן להגיע עם מילויים קונבנציונליים.ההשפעה העמוקה על מורפולוגיה - מפיזור המדינה ומבנה גבישי להיווצרות של אינטרפאוזה נוקשה - ישירות שולט על התוצאות המכאניות: קשיחות מוגברת, כוח, קשיחות, ועייפות החיים דורשות אלה בחירה זהירה של סוג של שיטות טיפול ניסיוניות, כמו אופטימיזציה גלובלית של שיטות עיבוד.

לקריאה נוספת, ייעוץ מקורות סמכותיים כגון:0 Nature Research on פולימר ננו-מוסוטים פולימרים FLT:1 ו-FLT:2ScienceDirect's nanofiller ReviewFLT 3.