فرصت های مطالعاتی بسیاری درزمینه کامپوزیت‌های پلیمری و ذرات معدنی بخصوص درزمینه زیست پزشکی به علت کاربردهای متعدد و نیازها های موجود وجود دارد. پلیمرها و کامپوزیت‌های زیست تخریب‌پذیر برای کاربردهای مهندسی بافت بسیار متنوع هستند زیرا می‌توانند به‌تدریج توسط بدن انسان جذب شوند بدون اینکه به‌صورت دائمی در محل کاشت باقی بمانند. در این بین نانو کامپوزیت توجه بسیاری را به خود جلب کرده اند.
نانو ذرات از نسبت سطح به حجم بالایی برخوردار هستند، که باعث می‌شود آنها نسبت به ذرات با اندازه بزرگتر از همان ماده، واکنش پذیری شیمیایی بیشتر و خواص بهتری داشته باشند. مواد تشکیل‌شده از نانو ذرات در مقایسه با مواد بالک معمولی، خاصیت وابسته به اندازه جدید و یا بهبود یافته را نشان می دهند.
نانو کامپوزیت‌های ترموپلاستیک
پلیمرها دارای خواص منحصر به فردی مانند سبکی، پایداری بالا، پردازش آسان، مقاومت در برابر خوردگی، شکل پذیری و هزینه کم هستند. در مقایسه با سرامیک و فلزات، پلیمرها از لحاظ مکانیکی، حرارتی و الکتریکی نسبتاً ضعیفی اند. پلیمرها همچنین از خاصیت مقاومت در برابر گرما برخوردار هستند. مهم‌ترین و منحصر به فردترین خاصیت پلیمرها وزن است. پلیمرها نسبت به سرامیک و فلزات چگالی کمتری دارند. ویژگی‌های جدید نانو کامپوزیت ها و میزان افزایش خاصیت ماتریس میزبان نه تنها به خصوصیات اجزا بستگی دارد بلکه به موارد زیر نیز بستگی دارد:
- درجه اختلاط دو فاز
- نوع چسبندگی در فصل مشترک ماتریس و نانوذره
- کسر حجمی نانو ذرات
- ماهیت فصل مشترک توسعه یافته در رابط زمینه و نانوذره
- اندازه و شکل اجزاء پرکننده نانو
- مورفولوژی سیستم
اندازه ذرات
اندازه ذرات تقویت‌کننده بر بسیاری از خواص کامپوزیت ازجمله عملکرد مکانیکی، واکنش پذیری شیمیایی، مورفولوژی و بسیاری دیگر تأثیر می گذارد.
سطح ذرات
سطح ذرات پرکننده با ساختار کریستالی آنها تخمین زده می‌شود. سطح ذره با آسیاب افزایش می یابد اما ویژگی‌های اصلی این ماده را حفظ می کند. برهم کنش هایی که ممکن است در سطح پرکننده اتفاق بیفتد بستگی به ساختار کریستالی دارد که الگوی مشخصی از آرایش های شیمیایی موجود در سطح برای واکنش نهایی با ماتریس را نشان می دهد.
تعامل زمینه و تقویت‌کننده
خواص نانو کامپوزیت به‌شدت وابسته به فصل مشترک بین تقویت‌کننده و پلیمر زمینه است. نوع فصل مشترک بستگی به نوع تعامل دارد که ممکن است یا یک نیروی فیزیکی یا یک واکنش شیمیایی باشد.
روش های تولید
- پلیمریزاسیون درجا
این روش معمولاً برای پلیمرهایی مناسب است که نمی‌توان آنها را با روش‌های محلول به صورت اقتصادی یا ایمن تولید کرد، زیرا حلال‌های مورد استفاده برای حل کردن آنها بسیار سمی هستند. این روش باعث پراکندگی و توزیع خوب نانوذرات در زمینه پلیمری می شود. باید به برخی از جنبه های مهم این روش اشاره کرد. اولین مورد مربوط به هزینه فرآیند است که می تواند به تغییراتی در مقایسه با سنتز پلیمر معمولی نیاز داشته باشد. همچنین برای انتخاب مناسب ترین کاتالیزور دقت لازم است. دستگاه مورد استفاده می تواند برای پلیمریزاسیون بدون نانوذرات یکسان می باشد.
- روش انحلالی
این روش زمانی خوب است که حلال مورد استفاده سمیت کمتری داشته باشد (کلروفرم، استون، الکل یا آب). در این روش به دلیل برهمکنش خوب با حلال و پلیمر، می توان مقادیر مختلفی از نانوذرات را پراکنده کرد. این ساده ترین روش برای به دست آوردن نانوکامپوزیت های خوب است. باید کمی دقت شود زیرا باید پس از آن حلال کاملاً حذف شود.
- روش مذاب
این روش نسبت به روش های دیگر مزیت عمده ای دارد زیرا نیازی به حلال نیست. با این حال، مقدار نانوذراتی که باید پراکنده شوند بسیار مهم است. این روش مستلزم نظارت دقیق بر پراکندگی نانوذرات است، زیرا این نانوذرات راحت‌تر از روش‌های دیگر آگلومره می‌شوند. این دستگاه همان دستگاهی است که برای پردازش پلیمر بدون نانوذرات استفاده می شود. بنابراین محقق باید به دماهای مورد استفاده توجه کند تا پلیمر در حین اکستروژن تجزیه نشود و همچنین باید به زمان لازم برای پراکندگی مناسب نانوذرات توجه کند. برای پلیمرهای طبیعی و چند بیوپلیمر، دمای تخریب و ذوب بسیار نزدیک است.
در ابتدا، آگلومراهای بزرگ شکسته می شوند و توده های کوچکتری را تشکیل می دهند که در ماتریس پلیمری پراکنده شده اند. انتقال کرنش از پلیمر به این آگلومره‌های جدید منجر به برش قوی‌تر می‌شود که آنها را به ذرات منفرد می‌شکند. این مرحله اساساً به زمان و میل ترکیبی شیمیایی بین پلیمر و سطح نانوذرات بستگی دارد.
دانش و استفاده از تکنیک های مشخصه برای درک خواص فیزیکی و شیمیایی پایه نانوکامپوزیت های پلیمری تعیین کننده است. برای چندین کاربرد، مطالعه مواد در حال ظهور را با ارائه اطلاعات در مورد خواص ذاتی تسهیل می کند.
