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從微觀到奈米：奈米聚合物如何革新我們的材料科學？
奈米聚合物複合材料（PNC）由聚合物或共聚合物和分散於聚合物基質中的奈米粒子或填料組成。這些奈米粒子的形狀各異（例如，薄片、纖維、球體），但至少有一個維度必須在1至50奈米範圍內。這些PNC屬於多相系統（MPS，如混合物、複合材料和泡沫），耗費了全球95%的塑料生產。這些系統要求控制混合/增強、穩定所得的分散、分散相的取向，所有MPS的增強策略，包括PNC，都是相似的。
聚合物奈米科學是指將奈米科學應用於聚合物-奈米粒子矩陣的研究和應用，奈米粒子至少有一個維度小於100奈米。微小粒子轉變為奈米粒子的過程導致其物理和化學性質的變化。這一變化的主要因素之一是表面積與體積比的增加和粒子大小的改變。隨著粒子體積的減小，表面積與體積的比率增加，使得粒子表面原子的行為在反應中變得更加主導。
「奈米聚合物的較高表面積使得與其他粒子的交互作用更為強烈，進而增強了強度、耐熱性等特性。」
例如，硅奈米球顯示出與傳統硅大相徑的差異；其直徑在40至100奈米之間，硬度介於藍寶石和鑽石之間。奈米聚合物複合材料還可以通過連續滲透合成（SIS）法製備，在此過程中，無機奈米材料在聚合物基質中通過氣相前驅物的擴散而增長。
生物混合聚合物奈米纖維
許多生物物質（如蛋白質、病毒或細菌）的技術應用，如色譜、光電信息技術、傳感器、催化和藥物傳遞，則需要它們的固定化。碳奈米管、金顆粒和合成聚合物常被用於此目的。生物物質的固定化主要是通過吸附或化學鍵合來實現，較少使用作客體的這些物質的主體基質中。
「聚合物因其可用的多種自然或合成高分子以及先進的加工技術，為生物物質的固定化提供了良好的平台。」
生物混合奈米管的製備
聚合物纖維通常通過擠出技術在技術規模上生產，即將聚合物熔融或聚合物溶液泵送通過圓柱模具，然後通過取卷裝置進行紡製或拉伸。現在，電纺絲技術仍是將直徑縮至幾百奈米甚至幾奈米的最佳聚合物加工技術。通過施加強電場，一流體射流從液滴頂部噴出，直至形成固體奈米纖維。
奈米管的應用
奈米管也可用於藥物釋放，特別是在腫瘤治療中。它們的作用是保護藥物免受血液中破壞，控制藥物釋放的動態，並提供向特定目標的轉運能力。不僅如此，具有響應聚合物的奈米管還能通過化學修飾來控制管口的開放及釋放。
「奈米管的核心-殼層纖維能夠在不影響其功能的情況下捕捉生物物質，這使它們在生物傳感器中具有潛在應用。」
奈米聚合物的工程應用
在工程應用中，奈米聚合物複合材料在汽車輪胎工業中發揮重要作用，因為它們的優越性能有助於提高燃料效率。此外，奈米聚合物複合材料因其出色的耐熱性，亦被應用於高溫環境中。
雖然在奈米聚合物的領域發展迅速，但仍面臨限制。例如，奈米纖維中的藥物釋放尚未能實現精確控制，通常會出現爆發式釋放。而隨著未來科技的發展，自然令我們期待更多的可能性。
如何才能更好地利用奈米聚合物的特性來解決未來的材料科學挑戰呢？
