نانو کامپوزیت ها

مقدمه

نانو کامپوزیت‌های پلیمری، ‌دسته‌ای از کامپوزیت‌ها هستند که اندازۀ ذرات تقویت کننده در آنها حداقل دارای یک بعد (طول ،‌ عرض یا ضخامت) در محدوده ۱۰۰-۱ نانومتر می‌باشد.

در صورتیکه نانوذرات و لایه‌های نانوذرات لایه‌ای از هم باز شوند، سطح زیادی خواهند داشت. به عنوان مثال سطح نانورس باز شده، m2/g 750 است. این حجم تماس ذرات معدنی و پلیمر، ارتقای خواص فوق العاده‌ای در پلیمر ایجاد می‌نمایند.

نقطه کلیدی در تولید نانو کامپوزیت‌های پلیمری ،‌ فصل مشترک بین پلیمر و نانوذره می‌باشد. برای این منظور عموماً از اصلاح کننده‌های سطحی استفاده می‌شود تا بین نانوذره و پلیمر برهمکنش خوبی بوجود آید.

مقدمه- ثبت اختراع در حوزه نانو

مقدمه- تولید نانوکامپوزیتها

مقدمه- مصرف نانوکامپوزیتها

• مصرف جهانی آمیزه های نانوکامپوزیت در سال ۲۰۱۰، ۱۱۸,۷۶۸ و در سال ۲۰۱۱، ۱۳۸,۳۸۹ تن تخمین زده شده است. ارزش این حجم مواد ۹۲۰ میلیون دلار ارزیابی شده است.
• پیش بینی می شود ارزش این بازار با رشد سالانه ۲۱%، به ۲/۴ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۶ برسد.

روشهای تهیه؛ پخش پودر/ جدایی لایه ها

روشهای تهیه:

• همزن مکانیکی دور بالا (هموژنایزر)
• اولتراسونیک (در حلال یا رزین)
• اختلاط مذاب (مخلوط کن داخلی، اکسترودر)
• متورم ساختن توسط مونومر و پلیمریزاسیون درجای مونومر

خواص- فیزیکی و مکانیکی

خواص- براقیت و خش پذیری

خواص- مقاومت در برابر ضربه

خواص- پخت

خواص- نفوذ پذیری

ارزیابی

• به منظور تعیین مشخصات نانوکامپوزیت‌های پلیمری و درک پاسخ آن‌ها به محرک‌های بیرونی مانند تنش، حرارت و یا اختلاف غلظت، مهم است که اطلاعاتی در مورد ساختار و مورفولوژی آنها داشت.
• خواص نانو کامپوزیت‌های پلیمری اغلب توسط دو عامل عمده کنترل می‌شوند:

– پخش و توزیع نانو ذرات در زمینه پلیمری

– برهمکنش بین زنجیرهای پلیمری و نانو ذرات

ارزیابی- XRD برای بررسی باز شدن لایه های نانوذرات لایه ای

ارزیابی- TEM برای بررسی پخش

ارزیابی- رئولوژی برای تعیین percolation threshold

کاربردها

نانومواد

نفت و صنایع وابسته

محصولات تجاری

• پارچه‌های نبافته الکتروریسی شده (فیلتر، باند، عایق، تقویت کننده) (شرکت eSpin)
• پارچه از نخ پلی وینیل الکل و نانو تیوب کربن، چقرمگی ۴×ابریشم و ۱۷×کولار، سفتی ۲×واستحکام ۲۰×فولاد (UT Dallas و Babolat)
• قطعات نانوکامپوزیت قالبگیری شده خودرویی؛ حاوی ۳-۲٫۵% نانورس بجای ۳۰-۲۰% تالک با سفتی مشابه و ۲۰% وزن کمتر (GM, Toyota)
• نانولایه‌های واکنشگر Ni-Al به ضخامت nm70 برای اتصال لحیم و فلز-سرامیک (Reactive Nanotechnologies)
• پوشش‌های نفوذ ناپذیر و ضد خش (Triton Systems)
• شیشه‌های خودتمیز شونده با پوشش نانواکسید تیتان (PPG)
• لباسشویی استریلیزه کننده دارای نانو نقره (Samsung)
• مواد پرکننده دندانی نانودار (۳M-ESPE)
• کرم های ضد آفتاب دارای نانو اکسید زیرکونیا و نانو اکسید تیتان (Elta Block)
• سلولهای خورشیدی پلیمری (NanoSys)

صنعت خودرو

صنعت ساختمان

مراجع

خطیبی م.، پایان نامه دکتری، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، ۱۳۸۶٫

E.T. Thostenson et al., Composites Science and Technology 65 (2005) 491.

Nanocomposites, Plastics Technology, Oct 2001.

Chasing Nanocomposites, Plastics Technology, Nov. 2004.

P. Krueger, Nanocomposites for Automotive Applications, SPE ACCE, 2007.

M. kawasumi, J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 42 (2004) 819.

H.A. Patel et al, Nanoclays for polymer nanocomposites, paints, inks, greases and cosmetics formulations, drug delivery vehicle and waste water treatment, Bull. Mater. Sci., 29, 2006, 133.

C. Sow, UV-Waterborne Nanocomposite Coatings: Curing Kinetics Study, International Conference on Nanotechnology for the Forest Products Industry, June 25th, 2009.

E. Manias, Polymer/Inorganic Nanocomposites Opportunities for Food Packaging Barrier, 2009 Symposium on Nanomaterials for Flexible Packaging.

P. Tibbenham , Developing Polymer Nanocomposites for Automotive Applications, Ford Motor Company.

Q. Sun and Y. Deng, Polymer/Clay Nanocomposites for Paper Barrier Coating, 2006 International Conference on Nanotechnology, Atlanta, GA, April 26-28, 2006.

ObservatoryNANO Briefing, No. 30, March 2012.

H. Doumanidis and M. Curie Chair, Nanotechnology: Manufacturing Applications and Research Challenges, University of Cyprus, 2005.

رضادوست ا.م.، پایان نامه دکتری، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، آذر ۱۳۹۱٫