Language
Country/Area
No result found
Từ vi mô đến nano: Nanopolymer đã cách mạng hóa khoa học vật liệu của chúng ta như thế nào?
Vật liệu composite nanopolymer (PNC) bao gồm các polyme hoặc copolymer và các hạt nano hoặc chất độn phân tán trong một ma trận polyme. Các hạt nano này có thể có nhiều hình dạng khác nhau (ví dụ: dạng vảy, dạng sợi, dạng hình cầu), nhưng ít nhất một chiều phải nằm trong phạm vi từ 1 đến 50 nanomet. Các PNC này thuộc hệ thống đa pha (MPS, chẳng hạn như hỗn hợp, vật liệu tổng hợp và bọt) và chiếm 95% sản lượng nhựa toàn cầu. Các hệ thống này yêu cầu quá trình trộn/gia cố có kiểm soát, ổn định quá trình phân tán kết quả và định hướng pha phân tán, đồng thời các chiến lược gia cố cho tất cả MPS, bao gồm cả PNC, đều tương tự nhau.
Khoa học nano polyme đề cập đến việc ứng dụng khoa học nano vào việc nghiên cứu và ứng dụng các ma trận polyme-hạt nano, trong đó ít nhất một chiều của hạt nano nhỏ hơn 100 nanomet. Quá trình biến đổi các hạt vi mô thành hạt nano dẫn đến những thay đổi về tính chất vật lý và hóa học của chúng. Một trong những yếu tố chính gây ra sự thay đổi này là sự gia tăng tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích và sự thay đổi kích thước hạt. Khi kích thước hạt giảm, tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích tăng lên, khiến hành vi của các nguyên tử trên bề mặt hạt trở nên chiếm ưu thế hơn trong phản ứng.
“Diện tích bề mặt cao hơn của nanopolymer cho phép tương tác mạnh hơn với các hạt khác, từ đó tăng cường các đặc tính như độ bền và khả năng chịu nhiệt.”
Ví dụ, các hạt nano silicon có sự khác biệt lớn so với silicon thông thường; đường kính của chúng dao động từ 40 đến 100 nanomet và độ cứng của chúng nằm giữa sapphire và kim cương. Vật liệu composite nanopolymer cũng có thể được chế tạo bằng phương pháp tổng hợp thẩm thấu liên tục (SIS) trong đó các vật liệu nano vô cơ phát triển trong ma trận polymer thông qua sự khuếch tán của các tiền chất ở pha hơi.
Sợi nano polyme lai sinh học
Nhiều ứng dụng công nghệ của các chất sinh học (ví dụ như protein, vi-rút hoặc vi khuẩn), chẳng hạn như sắc ký, công nghệ thông tin quang điện tử, cảm biến, xúc tác và phân phối thuốc, đòi hỏi phải cố định chúng. Các ống nano carbon, hạt vàng và polyme tổng hợp thường được sử dụng cho mục đích này. Việc cố định các chất sinh học chủ yếu đạt được bằng cách hấp phụ hoặc liên kết hóa học, ít khi sử dụng các chất này như chất khách trong ma trận vật chủ.
"Polyme cung cấp nền tảng tốt cho việc cố định sinh khối do có sẵn nhiều loại đại phân tử tự nhiên hoặc tổng hợp và công nghệ xử lý tiên tiến."
Chuẩn bị ống nano lai sinh học
Sợi polymer thường được sản xuất ở quy mô kỹ thuật bằng công nghệ đùn, trong đó polymer nóng chảy hoặc dung dịch polymer được bơm qua khuôn hình trụ rồi được kéo hoặc quay bằng thiết bị thu. Ngày nay, kéo sợi bằng điện vẫn là công nghệ xử lý polymer tốt nhất để thu nhỏ đường kính xuống hàng trăm nanomet hoặc thậm chí chỉ vài nanomet. Bằng cách sử dụng một trường điện mạnh, một luồng chất lỏng được phun ra từ phía trên giọt nước cho đến khi hình thành sợi nano rắn.
Ứng dụng của ống nano
Các ống nano cũng có thể được sử dụng để dẫn thuốc, đặc biệt là trong điều trị ung thư. Vai trò của chúng là bảo vệ thuốc khỏi bị phân hủy trong máu, kiểm soát quá trình giải phóng thuốc và cung cấp khả năng vận chuyển đến các mục tiêu cụ thể. Không chỉ vậy, các ống nano có polyme phản ứng còn có thể kiểm soát việc mở và nhả miệng ống thông qua biến đổi hóa học.
"Các sợi lõi-vỏ ống nano có khả năng thu giữ vật liệu sinh học mà không ảnh hưởng đến chức năng của chúng, điều này khiến chúng có khả năng hữu ích trong các cảm biến sinh học."
Ứng dụng kỹ thuật của Nanopolymer
Trong số các ứng dụng kỹ thuật, vật liệu composite nanopolymer đóng vai trò quan trọng trong ngành lốp ô tô vì các đặc tính vượt trội của chúng giúp cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu. Ngoài ra, vật liệu composite nano-polymer còn được sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao do có khả năng chịu nhiệt tuyệt vời.
Mặc dù lĩnh vực nanopolymer đang phát triển nhanh chóng nhưng vẫn còn nhiều hạn chế. Ví dụ, việc giải phóng thuốc từ các sợi nano vẫn chưa được kiểm soát chính xác và thường diễn ra đột ngột. Và với sự phát triển của công nghệ tương lai, chúng ta đương nhiên mong đợi nhiều khả năng hơn.
Làm thế nào để khai thác tốt hơn các tính chất của nanopolymer nhằm giải quyết những thách thức trong khoa học vật liệu trong tương lai?
