Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 16

В последние десятилетия был достигнут значительный прогресс в производстве мембран на полимерной основе. Одним ограничивающим фактором в повышении производительности этих мембран является то, что селективность уменьшается с увеличением проницаемости, а производительность снижается с увеличением температуры. Одним из способов обойти эти проблемы является получение нанокомпозитных мембран, которые показывают улучшенную проницаемость и селективность одновременно. Нанокомпозитные мембраны уже используются в топливных элементах. В этих клетках кислород восстанавливается на электродах, содержащих сажу и наноразмерные частицы платины. Рабочие характеристики электродов можно улучшить, если вместо сажи использовать УНТ. Диффузия метанола является одной из основных проблем в метанольных топливных элементах, значительно снижая эффективность устройств. Нанокомпозитные мембраны уменьшают проникновение метанола, тем самым улучшая производительность этих клеток.

Нанотехнологии и нанокомпозиты играют все большую роль во многих биомедицинских применениях, фактически они формируют новую дисциплину: наномедицину. Одним из важных приложений является производство сетей из нановолокон для роста клеток и тканей. Антибактериальные эффекты достигаются с помощью наноразмерного серебра, оксида серебра или других солей серебра, содержащих композиты для лекарств на основе дендримера. Желатинсодержащие частицы гидроксиапатита, а также другие нанокомпозиты, приготовленные с этим наполнителем, используются для изготовления надежных протезов. Контролируемое высвобождение лекарств и целенаправленная доставка лекарственных элементов к нужным участкам тела являются другими многообещающими областями, в которых нанокомпозиты могут играть роль в будущем. Наночастицы используются в увеличивающихся количествах также в различных фармацевтических применениях – считается, что частицы замедляют и регулируют высвобождение лекарств. Частицы оксида железа использовались в нескольких экспериментах, направленных на контролируемое высвобождение некоторых лекарственных средств, и они использовались в качестве контрастных материалов для МРТ и материалов для иммуноанализа. Число потенциальных приложений в этой области, вероятно, не ограничено.

Нанокомпозиты представляют собой гетерогенные материалы, поскольку их свойства определяются теми же факторами, что и в традиционных композитах, то есть свойствами компонентов, составом, структурой и межфазными взаимодействиями. С другой стороны, их структура обычно более сложная, чем у микрокомпозитов, и это особенно актуально для нанокомпозитов полимер / слоистый силикат. Помимо обычно предполагаемых отдельных силикатных пластинок и тактоидов, слоистые силикатные нанокомпозиты могут содержать также крупные частицы, и в них также может образовываться силикатная сеть при большой степени отслаивания. Агрегация и ориентация являются наиболее важными структурными явлениями в композитах, армированных УНТ, и агрегация доминирует также в композитах, приготовленных из сферических частиц. Межфазные взаимодействия должны играть повышенную роль в нанокомпозитах по сравнению с традиционными композитами из-за предположительно очень большой межфазной области, развивающейся в них.

Удивительно, но характеристики поверхности нанонаполнителей редко определяются или известны. Поверхность же модифицируется практически всегда. Целью модификации является улучшение дисперсии и / или адгезии в композитах, армированных УНТ и сферическими частицами, и содействие расслоению в слоистых силикатных нанокомпозитах. К сожалению, модификация уменьшает поверхностную энергию в последнем случае, что приводит к снижению взаимодействия с матрицей. Существует очень ограниченная информация о межфазном образовании и свойствах интерфазы в нанокомпозитах, хотя они могут значительно влиять на свойства. Все виды нанокомпозитов могут быть получены полимеризацией в процессе, методами с использованием растворителей и гомогенизацией расплава. Из-за своей практической значимости последний метод используется чаще всего, но дисперсия и однородность являются основными проблемами во всех трех технологиях. Свойства нанокомпозитов обычно далеки от ожиданий, и главные причины – недостаточная однородность, недостаточная ориентация и неправильная адгезия. Несмотря на значительные трудности, нанокомпозиты обладают большими возможностями, особенно в конкретных, нишевых областях применения, а несколько нанокомпозитных продуктов уже используются в промышленных масштабах.