نانوکامپوزیت های پلیمری

این گزارش به معرفی اجمالی نانوکامپوزیت های پلیمری می پردازد سیلیکات های لایه ای تا به امروز بیشترین کاربرد را در ساخت نانوکامپوزیت ها داشته اند اخیرا به شدت از نانولوله های کربنی نیز در ساخت این نانوکامپوزیت ها استفاده می شود از انواع رزین های مورد استفاده به عنوان زمینه ناوکامپوزیت ها رزین های ترموپلاستیک و ترموست می باشد در حال حاضر از موضوعات بسیار با درجه اهمیت بالا در تحقیقات مطالعه فصل مشترک فاز تقویت کننده مانند نانولوله ها و فاز زمینه مانند پلیمرها می باشد

مواد و توسعه مواد از پایه‌های تمدن و فرهنگ انسان می‌باشد. بشر حتی دوره‌های تاریخی را با مواد نامگذاری كرده است. مثل عصر سنگی، عصر برنز، عصر آهن، عصر فولاد (انقلاب صنعتی)،‌ عصر سیلیكون و عصر سیلیكا (انقلاب ارتباطات از راه دور) . این نشان می‌دهد كه مواد چقدر برای ما اهمیت دارد. ما همواره در كوششیم كه از دنیای اطراف خود آگاهی داشته باشیم و آن را بهبود دهیم و ببینیم دنیای ما از چه چیزی ساخته شده است. عصر جدید با شناخت یك ماده مشخص بوجود نخواهد آمد بلكه با بهینه‌كردن و مشاركت‌دادن تركیبی از چند ماده بوجود خواهد آمد. دنیای نانومواد و هیجانات همراه آن،‌ فرصت‌های استثنایی برای تولید انقلاب در مواد كامپوزیتی بوجود آورده است. كامپوزیت‌های پلیمری به علت خواصی مانند استحكام، سفتی و پایداری حرارتی و ابعادی، چندین سال است كه در ساخت هواپیماها به كار می‌رود. با ظهور و به‌كارگرفتن نانوتكنولوژی، كامپوزیت‌های پلیمری بسیار جذاب‌تر خواهند شد.

فرصت‌های نانوكامپوزیت‌های پلیمری

تقویت پلیمرها با استفاده از مواد آلی و یا معدنی بسیار مرسوم می‌باشد. برخلاف تقویت‌كننده‌های مرسوم كه در مقیاس میكرون می‌باشند، در كامپوزیت‌های نانوساختاری فاز تقویت‌كننده در مقیاس نانومتر می‌باشد. توزیع یكنواخت این نانوذرات در فاز زمینه پلیمری باعث می‌شود فصل مشترك فاز زمینه و فاز تقویت‌كننده در واحد حجم، مساحت بسیار بالایی داشته باشد. برای مثال مساحت فصل مشترك ایجاد شده با توزیع سیلیكات لایه‌ای در پلیمر بیشتر از ۷۰۰ خواهد بود. علاوه بر این فاصله بین ذرات فاز نانومتری تقویت‌كننده با اندازه ذرات قابل مقایسه خواهد بود. برای مثال برای یك صفحه با ضخامت nm ۱ فاصله بین صفحات در حدود ۱۰ نانومتر در فقط ۷ درصد حجمی از فاز تقویت‌كننده می‌باشد. این مورفولوژی از ویژگی‌های ابعاد نانومتری می‌باشد. هم از جنبه تجاری و هم از جنبه نظامی، ارزش نانوكامپوزیت‌های پلیمری فقط به خاطر بهبود خواص مكانیكی نمی‌باشد. در كامپوزیت‌ها كارایی مورد نیاز، خواص مكانیكی، هزینه و قابلیت فرآوری از موضوعات بسیار مهم می‌باشد. نانوكامپوزیت‌های پلیمری بر این محدودیت‌ها غلبه كرده است. برای مثال پیشرفت سریع نانوكامپوزیت‌های پلیمر- سیلیكات لایه‌ای را درنظر بگیرید. تلاش‌های ده سال اخیر باعث شده است كه مدول كششی و استحكام این كامپوزیت‌ها دوبرابر شود، بدون اینكه مقاومت به ضربه آنها كاهش یابد. مثلاً برای تعداد زیادی رزین‌های ترموپلاستیك مثل نایلون و اولفین و همچنین رزین‌های ترموست مثل اورتان، اپوكسی و سیلوگزان با افزایش مقدار كمی مثلاً ۲% حجمی از سیلیكات لایه‌ای می‌توان به این خواص رسید. اخیراً جنرال موتورز و شركایش مثل Basel و Southarn Clay Products و Black hawk Automotive در قسمت‌های خارجی اتومبیل از نانوكامپوزیت‌های با زمینه اولفین ترموپلاستیك و تقویت‌كننده سیلیكات لایه‌ای استفاده كرده‌اند. یك نانوكامپوزیت اولفینی با ۵/۲% سیلیكات لایه‌ای بسیار مستحكم‌تر و سبكتر نسبت به ذرات مرسوم تالك كه در ساخت كامپوزیت‌‌های مرسوم به كار می‌رود، می‌باشد. باتوجه به نوع قطعه و ماده تقویت‌كننده در یك نانوكامپوزیت اولفینی می‌توان كاهش وزنی درحدود ۲۰% را بدست آورد. علاوه بر این مقدار مواد مصرفی نیز نسبت به كامپوزیت‌های مرسوم كاهش خواهد یافت. این مزایا باعث خواهد شد كه تأثیرات مثبتی بر مسائل زیست ‌محیطی و بازیافت آنها داشته باشد. به عنوان مثال گزارش شده است كه استفاده از نانوكامپوزیت‌های پلیمری با لایه های سیلیكاتی در صنایع خودرو آمریكا باعث صرفه‌جویی در مصرف ۵/۱ میلیارد لیتر گازوئیل در طول عمر خودرو تولیدشده در یك سال خواهد شد و درنتیجه چیزی در حدود ۱۰ میلیارد پوند دی‌اكسید كربن كمتر نشر خواهد یافت.

باتوجه به گسترده‌بودن پلیمرها و رزین‌ها و همچنین نانومواد تقویت‌كننده و كاربردهای فراوان آنها موضوع نانوكامپوزیت های پلیمری بسیار گسترده می‌باشد.

---