Zeitschrift für Nanomaterialien und molekulare Nanotechnologie

Polymer-Nanokomposite: Ein Überblick

Hazel Mark

In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Polymer-Nanokompositen aufgrund ihrer synergistischen und hybriden Eigenschaften, die sich aus mehreren Komponenten ergeben, das Interesse zahlreicher Forscher geweckt. Polymer-Nanokomposite können als Mischung aus zwei oder mehreren Materialien definiert werden, wobei die Matrix ein Polymer ist und die dispergierte Phase mindestens eine Dimension kleiner als 100 nm aufweist [1]. Diese Materialien, die entweder in Lösung oder in Masse vorliegen, bieten einzigartige mechanische, optische und thermische Eigenschaften. Die ideale Struktur eines Nanokomposits besteht aus einzelnen Nanopartikeln, die gleichmäßig in einem Matrixpolymer dispergiert sind. Die größte Herausforderung, um das volle Potenzial der Eigenschaftsverbesserung auszuschöpfen, besteht im Dispersionszustand der Nanopartikel. Die thermischen und mechanischen Eigenschaften von Polymer-Nanokompositen hängen stark von den erhaltenen Morphologien ab. Basierend auf dem Trennungsgrad der Nanopartikel gibt es drei mögliche Arten von Nanokompositmorphologien: 1) konventionelle Komposite, 2)
interkalierte Nanokomposite und 3) exfolierte Nanokomposite. Wenn das Polymer nicht zwischen den Silikatschichten interkalieren kann, entsteht ein Verbundwerkstoff aus getrennten Phasen, dessen Eigenschaften im gleichen Bereich liegen wie die herkömmlicher Verbundwerkstoffe (Abbildung 1a). In interkalierten Nanokompositen ist eine einzelne oder manchmal auch mehrere ausgedehnte Polymerketten zwischen den Silikatschichten interkaliert (Abbildung 1b). Wenn die Silikatschichten vollständig und homogen in einer kontinuierlichen Polymermatrix dispergiert sind, entsteht eine exfolierte Struktur (Abbildung 1c) [2].