Giriş Giriş Giriş

Polimer kompozitleri, yüksek güç ağırlık oranı, korozyon direnci ve tasarım verisamı ile malzeme için artan talep, yüksek mekanik performans, termal stabilite ve multifonksiyonlar ile ilgili olarak, nano ölçekli takviyelerin keşfi ve biyomedikal endüstrileri nedeniyle temel malzemeler haline gelmiştir. Nano dolum cihazları - 1 ila 100 nanometre arasında en az bir boyuta sahip malzemeler - bir polimer matrisi doğru bir şekilde entegre ettiğinde, bu dolgunluğa ve optik analizlere uygun olarak entegre edilebilir bir çözüm sunar.

Nano dolum türleri ve Özellikleri

Zero-Dimensional Nanofillers (0D)

Sıfır boyutlu nano yalıtımlar, silik (SiO2), titania (TiO2) ve ışıklı (Al2O3) gibi küresel nanoparçacıklar içerir, ancak üniformalı dağıtımlar ile güçlü bir şekilde karşılaştırılabilir. Silica nanopartiküller, örneğin kaplamalarda ve yapısal kompozitlerde direnç ve modları geliştirmek için yaygın olarak kullanılır.

Bir-Dimensional Nanofillers (1D)

Bir boyutlu nano dolumlar, öncelikle karbon nanotüpleri (CNTs) ve nanoteller, olağanüstü derecede aksiyel özelliklere sahiptir.Tek duvarlı karbon nanotüpleri (SWCNTs) sergileyerek, yüksek yük devrelerinin 100 GPa ve Young’ aynı anda mekanik güç ve elektrik iletkenliği geliştirebilen 100 taneden fazla modüle sahiptir.

İki-Dimensional Nanofillers (2D)

İki boyutlu nano dolumlar nanoklaylar içerir (örneğin, montmorilloni), grafikene ve türevleri, ve tabakalı çift hidroxides. Bu plakalar benzeri malzemeler, polimer nanokomünitlerde son derece yüksek yüzeysel gecikmeler sunar.

Diğer Gelişen Nano Depolamacılar

Yüksek modulus ve yenilenebilirlik sağlayan nano-organik çerçeveler (MOF) ve polihedral oigomeric silücüğü (POSS) gelişmiş lezyonlar ile biyo-tavpsiyonel polimerlerdir.

Nanofillers tarafından başlatılan morpholojik Değişiklikler

Dispersion ve Dağıtım

Nano dolum makinelerinin morfolojik etkisi, ultrasonik tedavi, yüksek çözünürlükte, ve in-situ polimerler, koncentratörler ve degrad performansı gibi hareket eder, ancak nanoparçacıklı nanoparçacıklar (SEM) ve iletim elektron mikroskobu (TEM) gibi büyük bir iç içe geçer. Bireysel nanoparçacıkların üniforması, yüksek çözünürlükte, ancak birçok sistemde kısmen aşırı derecede yaygın veya geçici bir şekilde yapılır.

Bir Percolation Network

Bu ağ temel olarak kompozit ve #8217; Bir homojen bir yapıya bağlı olarak, elektrik özellikleri için, percolasyonlar iletkenliği içinde sürekli bir ağ oluşturabilir.Bu ağ temel olarak daha yüksek bir hacim üzerinde dağıtım gerektirir. percolasyon eşikten gelen morgenez süreklilik oranına bağlıdır: yüksek orandaki fiyatlarda CNTs percolate gibi yüksek orandaki oranlarda % 0.1-1 olarak yüksek yüklere yol açabilir.

Kristalizasyon Davranışı

Nanofillers genellikle kristalizasyon ısısını artırmak, kristal polimorfını değiştirmek ve PP'nin (PA) ve poli(pirasyonel tertemiz) (PET) nanopartiküllerin varlığı, kristalleşme ısısını artırmak, kristalin boyutunu azaltır ve kristal polimorfını değiştirir. Örneğin, nanoklays PP'nin oluşumuna neden olur.

Interfacial Bölgesi ve Interfafacial Bölgesi

Her nanopartikülü çevreleyen bölge - interfaksiyondan farklı özellikler vardır. Güçlü interfacial bağ, polimer zinciri hareketliliğini kısıtlar, yüzey kimyası veya kısmen hareketsiz zincirler tabakasına yol açar. Bu interfaksiyon, yüksek miktardaki ısıtılabilir ve sürekli olarak mekanik geliştirmenin hacmini artırabilir.

Mekanik Performans Geliştirmeleri

Çekme Özellikler

Mekanik güç ve modulus polimer nanokompozisyonlarında en yaygın olarak bildirilen mekanik gelişmelerdir. karışımların kuralı, yüksek çözünürlükte % 30 ila 60 oranındaki ısıtımı artırabilecektir, ancak gerçek geliştirme, en uygun şekilde dağıtılması ile bağlıdır.

Fracture Sertlik ve Etki Direnişi

Epoxies ve polistyrenes gibi Brittle polimerleri, enerji dağıtım mekanizmalarını tanıtan nano dolumlardan büyük ölçüde faydalanıyor. Crack deflection, dolum çekme ve plastik boşluk büyüme mekanizmalarının yaygınlaştırılması. Nanosilica partikülleri, epoxy'ın kırılmalarını artırmak için göstermiştir (K IC) modları ve grafiklerden kaynaklanan% 80'e kadar.

Fatigue ve Uzun Süreli Performans

Çevrimdışı yükleme altında, nano dolum cihazı kırıklığı ve yavaş çatlakları bastırabilir. Yüksek yüzey nanopartiküller stresi daha eşit bir şekilde dağıtır, karbon nanotüplü yüzeylerdeki çalışmalar önemli bir yorgunluk ömrüne işaret eder - bazen tamamlanmamış bir reçine siparişiyle karşılaştırıldığında.

Creep Davranışı

Polimer ürperticisi - sürekli stres altında zaman bağımsız deformasyon - moleküler hareketliliği kısıtlayan nano dolumlar tarafından azaltılır.Intmobilize Interfalet tabakası zincir kaymasını azaltır. Nanoclay plakalet yönlendirmesi yükleme yönüne göre, özellikle de hizalandığında, polimer matrix yumuşattığı yüksek sıcaklıklarda, polimer matrisin yumuşatılmasının en belirgin olduğu yüksek sıcaklıklarda ısıtılabilir.

Faktörler Mekanik Performansı

Filler Yükleniyor ve Aspect Oran

Optimal dolum yükleme bir ticaret-off: çok az miktarda güçlendirme sağlar, çok fazla agglomerasyona ve embrittlemente yol açar. Küresel nanopartiküller için, en iyi yükleme genellikle 2-5 wt%; nanoclays% 3-7 wt%; CNTs için% 0,5-2 wt%. CNTs ve grafiklere yüksek oran, daha düşük yüklemelerde etkili bir takviye sağlar.En iyi seviyedeki, özellikler ve daha sonra zayıf dağıtım ve zayıf dışsal kesintiye neden olabilir.

Yüzey Modification and Fonksiyonelization

Pristin nano dolumlayıcıları genellikle organik polimerlerle zayıf uyumluluka sahiptir. Yüzey tedavileri - silane darbe ajanları, polimer gresyon, oksidasyon (CNTs için), veya sörfçü ad absorpsiyona - ıslak geçirgenlik ve bağıntılı silikat nanoparçacıklar form kovalan bağlar epoxy matriks, dramatik bir şekilde nanoparçaklamalar için, organik yükselteçler gibi.For nanoparçaklar, organik yükselteçler, yarılmalar, interparçacıklı iyonizeler, polimerler, polimerler, bir polimerler ile birlikte ısıtılabilirlik sağlar.

İşleme Yöntemleri

Melt harmanlama, polimeri eklemeden önce bir çözücüde, daha iyi dağıtım ancak çözücüyü içeren en endüstriyel ölçeklenebilir yöntemdir.In-situ polimerizasyon - nano dolum makineleri daha önce monomerlerde dağıtılır - sık sık en iyi dağıtım ve en güçlü interfacial bağlar sağlar.For termosets, iki kayıt karıştırmadan önce, üç kayıtlı değirmen ve ultrasoniklaştırma.

Nanofiller Orientasyon

Anisotropic dolgular (nanotubes, grafikene, nanoclays) güçlü bir şekilde yönlendirmeli özellikler sergilemektedir.En yüksek yüklemeler sırasında nano dolum cihazını en yüksek yükleyicileri sağlarken, elektrospinning, manyetik alan hizalama ve mekanik germe gibi tekniklere ulaşır.Örneğin, komponentik bir nanotüpsiyonel geliştirmede 200 artış sağlayabilir.

Karakterizasyon Teknikleri

Mikroscopy

Mekanik elektron mikroskobu (SEM) ve iletim elektron mikroskobu (TEM) görselleştirme nanofiller dağılımı ve morfoloji için vazgeçilmezdir. SEM yüzey topografisi sağlar ve mikro-yapım profiline göre agglomeratesler.Bu teknikler son morfoloji ile doğrudan işlem koşulları sağlar.

Spectroskop ve Scattering

X-ray difraksiyonu (XRD), d-spacing vardiyasını izleyerek nano-spaklama durumunu değerlendirmek için kullanılır. Raman spectroskopu özellikle karbon bazlı dolgular için güçlüdür: G ve D grubu CNT kaliteli ve stres transferini gösterir.Dier-transform spektroskopu (FTIR) yüzeysel reaksiyonları doğrulayabilir. Küçük bok X-ray (SAXS) ve küçük-küresel olarak kablolu pompalar (SANS) yüksek oranda, şekil ve uzaysal dağıtım sağlar.

Mekanik Test

Çekme testi (ASTM D638, ISO 527), sıkıştırıcı ölçümler, verim gücü ve elongasyon. Flexural test (ASTM D790) bükücüklüğün bükme altında katılığı değerlendirmektedir. (Izod, Charpy) yüksek sustuk oranları altında enerji absorpsiyonunu değerlendirir.

Nanofiller-Reinforced Polimer Kompozitlerinin Uygulamaları

Havacılık ve Havacılık

Kilo azaltma birincil bir sürücüdür. Karbon nanotüp/epoxy kompozitleri, uçak fuarlarında, iç panellerde ve helikopter rotor bıçakları yüksek özel güç ve yorgunluk direnci için incelenir. Nanoclay/polipropyle nanokompositler, gelişmiş moduluslar ve efekt performansı nedeniyle otomotiv tamponları ve iç kesimlerinde kullanılır.

Ambalaj ve Engel Uygulamaları

Gıda ambalajı düşük oksijen ve nem geçirgenliği ile malzeme gerektirir. Nanoklays ve grafikene nanotüpler, paketlenmiş ürünlerin ömrünü uzatarak 50-% 90 oranında gaz permeability'i temizlenebilir polimerler gibi biyodegradable polimerler genellikle nanotoksit asit (PLA) ile birleştirilir, paketlenmiş eşyaların ömrünü uzatır.

Elektronik ve Enerji

CNTs veya grafikene ile dolu iletken polimer nanokompozitler, elektrostatik deşarj (ESD) koruma, esnek elektrotlar ve sensörler için kullanılmaktadır. percolasyon eşi, düşük yüklemelerde iletkenlik sağlar, polimer işleme edilebilirliği korur. Enerji depolamada nano dolum cihazları, polimer elektrolitlerin ısıl iletkenliği ve mekanik bütünlüğü için polimer elektrolitler için polimer elektrolitler için.

Biyomedikal Uygulamaları

Hidroxyapatite nanoparçacıklar ve silik gibi biyolojik kontrasepler kemik çimento ve doku mühendisliği scaffolds mekanik özellikleri ve biyoaktiviteyi geliştirmek için kullanılır. Karbon nanotüpler sinir yenileme ve ilaç teslim için incelenir, ancak toksisite endişeleri antibakteriyel nano dolumlu (silver, bakır oksit) yaraları giyinmek ve tıbbi cihazlarda kullanılır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Nano dolum makineleri, katı bir interfaksiyonun oluşumuna temel olarak entegre edilmiş durumdaki özellikleri kullanarak polimer kompozitlerin alanını değiştirdiler: ölçeklenebilir, güç, sertlik ve yorgunluk yaşamı güçlendirerek, bu kompozitlerin daha geniş bir şekilde entegre edilmesi gereken fiziksel tasarımların ve işleme yöntemi, yüksek çözünürlükteki problemleri aşmak için daha genişleyen ve daha iyi bir şekilde entegre etmek için daha fazla deney yöntemlerin geliştirilmesi için daha geniş bir şekilde entegre edilmesi gerekiyor.

Daha fazla okuma için, polimer nanokompositler üzerinde Doğa Araştırması ) ve ) BilimDirect'un nanofilleri genel bakış[Döneticileri) için ek bilgiler mevcuttur.