Language
Country/Area
No result found
从微观到奈米：奈米聚合物如何革新我们的材料科学？
奈米聚合物复合材料（PNC）由聚合物或共聚合物和分散于聚合物基质中的奈米粒子或填料组成。这些奈米粒子的形状各异（例如，薄片、纤维、球体），但至少有一个维度必须在1至50奈米范围内。这些PNC属于多相系统（MPS，如混合物、复合材料和泡沫），耗费了全球95%的塑料生产。这些系统要求控制混合/增强、稳定所得的分散、分散相的取向，所有MPS的增强策略，包括PNC，都是相似的。
聚合物奈米科学是指将奈米科学应用于聚合物-奈米粒子矩阵的研究和应用，奈米粒子至少有一个维度小于100奈米。微小粒子转变为奈米粒子的过程导致其物理和化学性质的变化。这一变化的主要因素之一是表面积与体积比的增加和粒子大小的改变。随着粒子体积的减小，表面积与体积的比率增加，使得粒子表面原子的行为在反应中变得更加主导。
「奈米聚合物的较高表面积使得与其他粒子的交互作用更为强烈，进而增强了强度、耐热性等特性。」
例如，硅奈米球显示出与传统硅大相径的差异；其直径在40至100奈米之间，硬度介于蓝宝石和钻石之间。奈米聚合物复合材料还可以通过连续渗透合成（SIS）法制备，在此过程中，无机奈米材料在聚合物基质中通过气相前驱物的扩散而增长。
生物混合聚合物奈米纤维
许多生物物质（如蛋白质、病毒或细菌）的技术应用，如色谱、光电信息技术、传感器、催化和药物传递，则需要它们的固定化。碳奈米管、金颗粒和合成聚合物常被用于此目的。生物物质的固定化主要是通过吸附或化学键合来实现，较少使用作客体的这些物质的主体基质中。
「聚合物因其可用的多种自然或合成高分子以及先进的加工技术，为生物物质的固定化提供了良好的平台。」
生物混合奈米管的制备
聚合物纤维通常通过挤出技术在技术规模上生产，即将聚合物熔融或聚合物溶液泵送通过圆柱模具，然后通过取卷装置进行纺制或拉伸。现在，电纺丝技术仍是将直径缩至几百奈米甚至几奈米的最佳聚合物加工技术。通过施加强电场，一流体射流从液滴顶部喷出，直至形成固体奈米纤维。
奈米管的应用
奈米管也可用于药物释放，特别是在肿瘤治疗中。它们的作用是保护药物免受血液中破坏，控制药物释放的动态，并提供向特定目标的转运能力。不仅如此，具有响应聚合物的奈米管还能通过化学修饰来控制管口的开放及释放。
「奈米管的核心-壳层纤维能够在不影响其功能的情况下捕捉生物物质，这使它们在生物传感器中具有潜在应用。」
奈米聚合物的工程应用
在工程应用中，奈米聚合物复合材料在汽车轮胎工业中发挥重要作用，因为它们的优越性能有助于提高燃料效率。此外，奈米聚合物复合材料因其出色的耐热性，亦被应用于高温环境中。
虽然在奈米聚合物的领域发展迅速，但仍面临限制。例如，奈米纤维中的药物释放尚未能实现精确控制，通常会出现爆发式释放。而随着未来科技的发展，自然令我们期待更多的可能性。
如何才能更好地利用奈米聚合物的特性来解决未来的材料科学挑战呢？
