Language
Country/Area
No result found
От микро к нано: как нанополимеры производят революцию в материаловедении?
Нанополимерные композиты (ПНК) состоят из полимеров или сополимеров и наночастиц или наполнителей, диспергированных в полимерной матрице. Эти наночастицы могут иметь различную форму (например, хлопья, волокна, сферы), но по крайней мере одно измерение должно находиться в диапазоне от 1 до 50 нанометров. Эти ПНК относятся к многофазным системам (МПС, таким как смеси, композиты и пены) и составляют 95% мирового производства пластмасс. Эти системы требуют контролируемого смешивания/армирования, стабилизации полученной дисперсии и ориентации дисперсной фазы, а стратегии армирования для всех МПС, включая ПНК, схожи.
Полимерная нанонаука относится к применению нанонауки для изучения и применения матриц полимерных наночастиц, где по крайней мере одно измерение наночастицы составляет менее 100 нанометров. Процесс преобразования микрочастиц в наночастицы приводит к изменению их физических и химических свойств. Одним из основных факторов этого изменения является увеличение отношения площади поверхности к объему и изменение размера частиц. По мере уменьшения размера частиц соотношение площади поверхности к объему увеличивается, в результате чего поведение атомов на поверхности частиц становится более доминирующим в реакции.
«Более высокая площадь поверхности нанополимеров обеспечивает более сильное взаимодействие с другими частицами, что, в свою очередь, улучшает такие свойства, как прочность и термостойкость».
Например, кремниевые наносферы существенно отличаются от обычного кремния: их диаметр составляет от 40 до 100 нанометров, а их твердость находится между сапфиром и алмазом. Нанополимерные композиты также могут быть получены методом непрерывного инфильтрационного синтеза (SIS), при котором неорганические наноматериалы растут в полимерной матрице посредством диффузии парофазных прекурсоров.
Биогибридные полимерные нановолокна
Многие технологические применения биологических веществ (например, белков, вирусов или бактерий), такие как хроматография, оптоэлектронные информационные технологии, сенсоры, катализ и доставка лекарств, требуют их иммобилизации. Для этой цели часто используют углеродные нанотрубки, частицы золота и синтетические полимеры. Иммобилизация биологических веществ достигается в основном путем адсорбции или химического связывания, реже — путем использования этих веществ в качестве гостей в матрице-хозяине.
«Полимеры представляют собой хорошую платформу для иммобилизации биомассы благодаря доступности широкого спектра природных или синтетических макромолекул и передовых технологий переработки».
Получение биогибридных нанотрубок
Полимерные волокна обычно производятся в промышленных масштабах методом экструзии, при котором расплав полимера или раствор полимера прокачивается через цилиндрическую фильеру, а затем прядется или вытягивается с помощью натяжного устройства. На сегодняшний день электропрядение остается лучшей технологией переработки полимеров для уменьшения диаметра до сотен нанометров или даже нескольких нанометров. Под воздействием сильного электрического поля из верхней части капли выбрасывается струя жидкости до тех пор, пока не образуется твердое нановолокно.
Применение нанотрубок
Нанотрубки также можно использовать для доставки лекарств, особенно при лечении рака. Их роль заключается в защите препарата от разрушения в крови, контроле динамики высвобождения препарата и обеспечении возможности его транспортировки к определенным целям. Более того, нанотрубки с чувствительными полимерами могут также контролировать открытие и освобождение устья трубки посредством химической модификации.
«Нанотрубчатые волокна с ядром и оболочкой способны захватывать биологический материал, не влияя на его функциональность, что делает их потенциально полезными в биосенсорах».
Инженерное применение нанополимеров
Среди инженерных применений нанополимерные композиты играют важную роль в производстве автомобильных шин, поскольку их превосходные свойства помогают повысить топливную экономичность. Кроме того, нанополимерные композиты также используются в условиях высоких температур благодаря своей превосходной термостойкости.
Хотя разработки в области нанополимеров идут быстрыми темпами, они по-прежнему сталкиваются с ограничениями. Например, высвобождение лекарственных препаратов из нановолокон до сих пор точно не контролируется и обычно происходит рывками. И с развитием будущих технологий мы, естественно, с нетерпением ждем новых возможностей.
Как можно эффективнее использовать свойства нанополимеров для решения будущих задач материаловедения?
