Nanocompozite

I. Introducere

Compozitele polimerice sunt materiale bifazice alcatuite in principiu dintr-o faza continua, denumita generic matrice polimera si un agent de ranforsare sau de umplutura, care constituie faza dispersa (discreta). In mod evident scopul acestei asocieri consta in obtinerea unor materiale cu rezistente mecanice deosebite, net superioare fata de cele ale componentelor individuale, capabile sa inlocuiasca materialele naturale (lemn, roci, etc.), aluminiul si aliajele sale, precum si alte materiale metalice.

Caracteristica de baza a compozitelor polimerice consta in raportul foarte ridicat rezistenta/greutate, in acest context acestea intrec cele mai bune oteluri. Compozite polimerice se obtin pentru o gama variata de matrici (rasini epoxidice, rasini poliesterice, rasini fenol-formaldehidice, polimeri vinilici, elastomeri, poliimide, etc) cu materiale de ranforsare (fibre bor, fibre sticla, fibre silice, fibre de carbon), respectiv materiale de umplutura (faina de lemn, amidon, silicea, talc, azbest, etc).

In ceea ce priveste materialele compozite se identifica anumite probleme cum ar fi:

- rezistenta redusa la agenti chimici, atmosferici;

- proprietati mecanice uneori insuficiente pentru aplicatii high-tech;

- stabilitate termica si dimensionala uneori nesatisfacatoare, ce determina limitarea unor aplicatii;

- flamabilitatea majoritatii compozitelor;

- imposibilitatea de reciclare a deseurilor provenite din procesele de fabricatie si prelucrare.

Solutia pentru rezolvarea unora dintre acester lipsuri consta in nanocompozite.

Nanocompozitele reprezinta o noua clasa a compozitelor, caracterizate prin coexistenta a doua faze disticte (una organica continua-polimerul si o faza anorganica dispersata in faza continua), cea din urma fiind de dimensiuni nanometrice (1-100nm) (1nm=10-9 m). Un nanometru reprezinta circa de 4 ori diametrul unui atom. In figura 1 sunt prezentate in mod comparativ diametrele unor materiale interesante.

Fig. 1: Prezentarea comparativa a diametrelor

In cazul nanocompozitelor, marimea agentului de ranforsare este de domeniu nanometric, ceea ce face ca aria interfaciala raportata la volum sa fie extrem de mare. Cunoscand ca distanta dintre polimer si filler (material pulverulent sau granular de umplutura) este extrem de mica, iar ghemul macromolecular are diametrul de 40 nm, de acelasi ordin ca nanoparticulele, rezulta o interactie foarte puternica intre polimer si umplutura, ceea ce se va reflecta asupra proprietatilor cu totul speciale ale nanocompozitelor polimerice. Spre deosebire de compozite unde procentul de agent de ranforsare este de 30-40%, in cazul nanocompozitelor este doar de ordinul 5%.

Avantajele acestor structuri consta in: proprietati globale superioare componentilor individuali (claritate optica, rezistenta mecanica, rigiditate, impermeabilitate) prezentand utilizari importante in electronica, optica, constructii, etc.

II. Tipuri de nanoparticule

In mod evident geometria filerilor (a umpluturilor) influenteaza proprietatile nanocompozitului final. In continuare vor fi detaliate cateva tipuri de nanoparticule. Astfel se pot distinge trei tipuri de nanocompozite in functie de structura filerului:

a) cele trei dimensiuni privite in spatiu a filerului sunt de ordin nanometric (ex. nanoparticulele sferice de siliciu, fulerene);

b) doua dintre dimensiuni sunt nanomerice si al treilea cu dimensiunea mai mare (ex. nanotuburi);

c) doar o dimensiune este de ordin nanometric, a se imagina o structura geometrica ca un cearsaf de grosime pana la catava nanometrii si caracterizata prin lungimea de cateva sute sau mii de nanometrii (ex nanoargilele-structuri stratificate).