Нанокомпозиты представляют собой материалы, состоящие из матрицы и
дисперсных наночастиц, размер которых составляет от 1 до 100 нм. Их
уникальные свойства обусловлены взаимодействием компонентов на
наноуровне, что приводит к появлению новых механических, электрических,
магнитных и оптических характеристик. Классификация нанокомпозитов
осуществляется по нескольким ключевым признакам: природе матрицы, типу
нанофаз, пространственному распределению и структуре.
1. По природе матрицы
Полимерные нанокомпозиты Матрица выполнена из
полимеров (термопластов, термореактивных смол, эластомеров). Нанофазы
вводятся для повышения прочности, термостойкости, барьерных свойств и
улучшения электрической проводимости. Часто применяются углеродные
нанотрубки, графен, наночастицы диоксида титана или кремния. Полимерные
нанокомпозиты могут быть:
- С однородным распределением наночастиц —
равномерное внедрение нанофазы в полимер приводит к синергетическому
эффекту.
- С ориентированными нанофазами — использование
внешнего поля (магнитного, электрического) для направленного
упорядочивания частиц.
Металлические нанокомпозиты Матрица из металлов или
сплавов, усиленная наночастицами керамики, углерода или других металлов.
Применяются для увеличения твердости, износостойкости и коррозионной
устойчивости. Классификация может включать:
- Нанокомпозиты с твердыми дисперсными фазами (например, Al/Al₂O₃,
Cu/SiC).
- Нанокомпозиты с наночастицами благородных металлов, обладающими
каталитической активностью.
Керамические нанокомпозиты Основаны на оксидных,
карбидных или нитридных матрицах, усиленных наночастицами аналогичной
или другой природы. Обеспечивают высокую твердость, термостойкость и
химическую стабильность. Классификация может учитывать тип нанофазы:
- Наночастицы твердых оксидов (Al₂O₃, ZrO₂) —
повышают механические и износные свойства.
- Наночастицы карбидов и нитридов (SiC, TiN) —
улучшают термостойкость и электропроводность.
2. По типу нанофазы
- Нанопроволоки и нанотрубки — одномерные структуры,
которые усиливают механические и электрические свойства матрицы.
- Нанопластинки и нанолисты — двумерные структуры,
обеспечивающие барьерные и структурные свойства (например,
гексагональный борнитрид, графен).
- Наночастицы сферической формы — наноокислы,
металлы, с высокой дисперсностью, влияющие на оптические и магнитные
характеристики.
- Полимерные наногели и кластеры — могут
использоваться в биомедицинских нанокомпозитах для доставки
лекарственных веществ и сенсорных приложений.
3. По распределению нанофазы
- Случайное распределение — частицы распределены без
определённого порядка; чаще встречается в полимерных системах.
- Слоистое распределение — нанофазы формируют
многослойную структуру, что характерно для керамических и полимерных
нанокомпозитов с улучшенными барьерными свойствами.
- Сетчатое распределение — создание трёхмерной
сетевой структуры внутри матрицы для повышения механической прочности и
жесткости.
4. По структурной организации
- Нанокомпозиты с аморфной матрицей — наночастицы
внедряются в аморфный полимер или стекло, обеспечивая комбинацию
прочности и гибкости.
- Нанокомпозиты с кристаллической матрицей —
распределение наночастиц в зернах металлов или керамики, улучшает
твердость и термостойкость.
- Гибридные нанокомпозиты — сочетание органических и
неорганических матриц, создающее уникальные функциональные свойства,
например, фотокаталитические или магнитные эффекты.
5. Функциональная
классификация
- Механические нанокомпозиты — повышают прочность,
износостойкость и жесткость материалов.
- Электронные и оптоэлектронные нанокомпозиты —
обладают высокой электропроводностью, фотопроводимостью и способностью к
контролю световых характеристик.
- Магнитные нанокомпозиты — применяются в хранении
данных, медицинской визуализации и датчиках.
- Каталитические нанокомпозиты — ускоряют химические
реакции, обладают селективностью и высокой активностью за счёт большой
удельной поверхности наночастиц.
Классификация нанокомпозитов отражает их многообразие и позволяет
систематизировать подходы к разработке новых материалов с заданными
свойствами. Ключевым аспектом остаётся взаимодействие компонентов на
наноуровне, которое формирует уникальные функциональные
характеристики.