Optik Özellikler
Saydam nanokompozitlerle ilgili olarak dikkate alınan optik özellikler, saydam yönün korunmasıyla birlikte diğer, özellikle termomekanik özelliklerin iyileştirilmesi veya optik özelliklerin modifikasyonu ile ilgilidir.
Nanopartiküllerin dahil edilmesiyle elde edilmesi amaçlanan optik özellik modifikasyonları, RI değerlerini, doğrusal olmayan optik karakteri, UV radyasyonunun absorpsiyonunu ve optik amplifikasyon özelliklerini içerir.
RI değerlerinin değiştirilmesi, telekom ekipmanı ve veri iletimindeki yeni uygulamalar için çok önemlidir. Polimer optik fiberlerin cam fiberlere kıyasla mekanik özellikleri ve seri üretim maliyetleri gibi birçok avantajı vardır. Dalga kılavuzları ve aktif yarı iletkenler arasındaki bağlantı kayıplarını en aza indirmek için nanopartiküllerin kullanımı, dalga kılavuzları olarak işlev gören polimerlerin kırılma indekslerini artırabilir.
Bir çalışmada, PMMA bazlı ticari bir reçineye ağırlıkça %2 oranında çeşitli yüzey işlemli silis ve alümina ilave edildi ve RI değerini saf PMMA için 1.490’dan nanokompozit için 1.497’ye kademeli olarak iyileştirmek için MMA içinde seyreltildi. Bazı durumlarda, güneş pilleri için yansıma önleyici kaplamalardan yüksek RI lenslere kadar değişen uygulamalar için yüksek kırılma indeksleri gerekir.
PbS gibi nanoparçacıklar, poli(etilen oksit) veya jelatin gibi çeşitli polimerlere yüksek değerler verebilir. PEO’da 3.9 gibi yüksek RI değerlerine ulaşılmıştır. Bununla birlikte, kuantum sınırlamaları nedeniyle RI, 20 nm’nin altındaki parçacık boyutuna büyük ölçüde bağımlıdır ve 4 nm parçacıklar, yaklaşık 2.5’lik bir RI üretir.
Doğrusal olmayan optik malzemelerin ilgisi, optik anahtarlama ve dalga boyu modifikasyonlarının kullanımı ile ilgilidir. İkinci dereceden doğrusal olmayan optik malzemeler, optoelektronik anahtarlama ve frekans ikiye katlama için kullanışlıdır. CdS ve PbS gibi yarı iletkenler, daha iyi optik özellikler elde etmek için yaygın olarak tek kristal formunda kullanılır. Nafion’da CdS gibi nanokompozit yapıların kullanılması, bu malzemelerin stabilitesini ve işlenebilirliğini geliştirir.
UV absorpsiyonu genellikle bant aralığı enerjileri 3 eV’den yüksek olan TiO2 (rutil veya anataz), ZnO veya CeO2 gibi malzemeler kullanılarak gerçekleştirilir. PC, epoksi, PMMA veya akrilik nanokompozit filmler, solvent döküm veya akrilik dispersiyonlar için polimerizasyon ile elde edilir.
Fotokatalitik aktivite, polimer/dolgu çiftinin doğasına ve hatta titanyum dioksitin kristal formuna büyük ölçüde bağlıdır. İnorganik bir silis, alümina veya zirkonya kaplama kullanılarak nanoparçacıkların yüzey modifikasyonu, fotokatalitik aktivitenin azaltılmasını sağlar.
Lazer amplifikasyonu, katı hal lazer özelliklerine sahip nanokompozit filmler kullanılarak da geliştirilmiştir. Bir krom katkılı forsterit, silikon ve magnezyum metakrilat monomerlerine dayalı bir ön polimer dispersiyonu kullanılarak hazırlandı. 1000°C’de bir ısıtma adımı, polimer fraksiyonunun çıkarılmasını ve forsteritin kristalleşmesini sağladı.
Termomekanik ve Mekanik Özellikler
Bozulmamış PMMA’dan daha yüksek termal kararlılık, PMMA’ya solvent dökümü veya eriyik harmanlama ile dahil edilen demir oksit, silika veya titanya gibi nanopartiküllerin varlığıyla sağlanabilir.
Hidrolitik olmayan bir sol-jel işlemi kullanılarak hazırlanan PMMA/SiO2/ZrO2 filmleri durumunda, nanopartiküller homojen bir şekilde dağıldı ve PMMA matrislerine kovalent olarak bağlandı. Kompozitler, %20 organik içerikte bile %95’lik bir geçirgenlik ile iyi bir şeffaflığı korudu. Termogravimetrik analiz sonuçlarından %0,5’in altında bir süzülme olgusu gözlendi.
PC’de ağırlıkça %5’e kadar yüksek seviyelerde polihedral oligomerik seskioksan (POSS) türevleri, gerilme ve dinamik mekanik modül dahil olmak üzere mekanik özellikleri geliştirirken şeffaf numunelerin üretilmesine neden olabilir.
Dolgu yapısının doğasına göre uyumlulukta güçlü farklılıklar gözlenmiştir. Trisilanol-POSS/PC kompozitlerinin en iyi performansı sağladığı gösterildi.
Alümina, silika ve karbon nanotüplerin PS, PMMA ve PC gibi çeşitli polimerlere dahil edilmesi, özellikle çatlama yoluyla arıza mekanizmalarında önemli değişikliklere yol açar. PMMA/silika nanokompozitlerinde, %5 hacme sahip bir kompozit için kırılma tokluğu önemli ölçüde artmıştır. silis.
Yüksek oranda dağılmış parçacıklara sahip amorf polimerlere dayalı nanokompozitler, çatlamaya yol açan boşluklar içerme eğiliminde olan büyük agregalara sahip nanokompozitlerin aksine, gerçek sağlamlaştırma mekanizmaları sunar.
Nanomalzeme Nedir
Nanomalzemeler
Nanomalzemeler PDF
Nano malzeme örnekleri
Nanomalzemelerin özellikleri
Nanomalzemelerin kullanım Alanları
Doğal nanomalzemeler
Manyetik nano malzemeler
Polidimetilsiloksan (PDMS) içinde bir sol-jel işlemiyle üretilen silis parçacıkları durumunda da çok iyi güçlendirme elde edilebilir. Çok küçük ve iyi dağılmış silika alanları (30-50 nm), dolgu maddesi yüklemesine nispeten biraz bağlı olarak iyi bir şeffaflığa neden olur.
Polimer renklenmesi üzerindeki olumsuz etkilerine rağmen, kilin doğasına ve kullanılan yüzey işlemlerine bağlı olarak, PC’de eriyik karıştırma yoluyla organomodifiye edilmiş katmanlı silikatların dahil edilmesi, önemli ölçüde iyileştirilmiş bir gerilme modülüne yol açar. Bu, hem polioksietilen hem de oktadesil kuyruklarına sahip bir yüzey aktif maddenin kullanılması nedeniyle kil levhacıklarının tamamen pul pul dökülmesine bağlanabilir.
Yeni şeffaf polimer malzemelerin ortaya çıkışı, çok çeşitli uygulamalar (optoelektronik, ulaşım, inşaat ve inşaat, vb.) için tasarlanmış çok işlevli malzemelere yönelik artan talebin bir sonucudur. Bu çoklu işlevsellikler, karmaşık masif parçalar veya filmler olarak kullanılan emtia polimerlerine inorganik nanoparçacıkların dahil edilmesiyle elde edilebilir.
Çok çeşitli nanopartiküller kullanılır, ancak ağırlıklı olarak nispeten düşük en boy oranına (nodüler veya yarı küresel parçacıklar) ve ışık difüzyonunu sınırlayacak kadar küçük bir birincil parçacık çapına sahip oksitler kullanılır.
Optik özelliklere ek olarak mekanik özellikler (sertlik, yüzey sertliği, aşınma veya çizilme direnci), termal ve elektromanyetik davranış (termal veya elektriksel iletkenlik, şeffaflık veya radyasyon absorpsiyonu), yaşlanma direnci ve yangın geciktiricilik ile birlikte sıklıkla dikkate alınır.
Nanokompozitlerin tüm özellikleri, nanoparçacık/polimer sistemlerinde bulunan devasa fazlar tarafından yönetilir. Bu ara fazların modifikasyonu, nanokompozitler için uygun bir morfoloji, özellikle nanoparçacıkların yüksek düzeyde dağılımı, güçlü arayüzey uyumu veya polimer matris ile optimal uyumluluk üretmede önemli bir faktördür.
Genellikle takviyeleri ve mineral dolgu maddelerini (cam elyafları, silikatlar, vb.) işlevlendirmek için kullanılan organosilanların kullanımı, polimer matrisi ile bir eşleşme elde etmek için nanopartiküllerin yüzeyini değiştirmenin en yaygın yollarından biridir.
Ayrıca, nanoparçacıkların yüzeyine oligomerlerin veya polimerlerin aşılanması için araştırılan yöntemler vardır; polimer ya doğrudan yüzeye aşılanır ya da yüzeyden polimerleştirilir. Polimer zincirlerine aşılamada organosilanların kullanılması, modifikasyon için umut verici bir yaklaşım gibi görünmektedir. Polimer aşılama hızının ve zincir uzunluğunun daha iyi kontrolü, özelliklerin daha iyi optimizasyonunu sağlamalıdır.
Spesifik kimyasal gruplara sahip olan oligomerlerin veya polimerlerin aşılanması, hem nanokompozitler için belirli işlevsellikleri hem de iyi parçacık/matris uyumluluğunu birleştirmek amacıyla geliştirilecektir. Ayrıca, özellikle spesifik oligomerler veya nanoparçacıklar kullanılarak daha fazla birleştirme işlemlerine izin vermek için nanokompozit yüzeyin doğasını değiştirmek avantajlı görünmektedir.
Çeşitli işlemlerle silika kaplamaların oluşturulması, orijinal optik özelliklere yol açan karışık yapılara sahip nanoparçacıkların elde edilmesini sağlar.
Nanokompozit morfolojisi de işleme tekniklerine bağlıdır. Çözücü bazlı yöntemlerin kullanımı film yapmak için en uygun olsa da, senteze veya yerinde polimerizasyona dayalı yöntemler, nanokompozitlerin üretiminde en sık kullanılan eriyik karıştırma tekniklerine etkili alternatifler olabilir.
Çok çeşitli işlevselliklere sahip şeffaf nanokompozitler elde etmek, nanoparçacıklar ve polimer matris arasında belirli bir ara faz oluşturmak için nanoparçacıkların önemli ölçüde değiştirildiği oldukça karmaşık işlem adımlarının yönetimini gerektirir.
Ara fazın kapsamı parçacıkların boyutlarını aşabilir ve polimerin önemli bir hacimsel fraksiyonunu içerebilir. Bu tür kompozitlerin orijinal özellikleri, bu karmaşık morfolojilerden kaynaklanmaktadır. Gelecekleri, laboratuvar ölçeğinde geliştirilen çok sayıda detaylandırma yönteminin bazılarının endüstriyel pilot ölçeğine transferinin fizibilitesi ile belirlenecektir.