نانوکامپوزیت ها

برای اینکه یک کامپوزیت به نانوکامپوزیت تبدیل شود، می توان روی دو قسمت از آن کار کرد:

۱. زمینه: همان طور که بارها گفته ایم، اتم های یک مادهٔ منظمِ بلوری، در داخل دانه ها قرار دارند. یعنی همهٔ آنها در یک جهت چیده نشده اند، بلکه مثل سلول های روی پوست دست، دسته دسته اتم های داخل هر سلول در یک جهت خاص قرار دارند. ما برای اینکه کامپوزیت را به نانوکامپوزیت تبدیل کنیم، باید قطر دانه ها را نانومتری کنیم.

۲. تقویت کننده: گفتیم که سه نوع تقویت کننده داریم. اگر تقویت کنندهٔ ما ذره ای باشد، با ریزکردن ذرات در حدّ نانومتر و وارد کردن آنها در یک زمینه، نانوکامپوزیت تولید می شود. اما اگر تقویت کننده های ما رشته ای باشند، با ریز کردن قطر رشته ها در حدّ نانومتر (یعنی تولید یک سری نخ نازک که قطر هر کدام بین یک تا صد نانومتر است) و وارد کردن آنها در زمینه، می توانیم نانوکامپوزیت تولید کنیم. اگر تقویت کنندهٔ ما لایه ای باشد، با نازک کردن لایه ها در حدّ نانومتر (ضخامت ورقه ها در حدّ ۱ تا ۱۰۰ نانومتر باشد) می توانیم نانوکامپوزیت بسازیم.
چرا نانوکامپوزیت؟

در جواب به این سؤال، اول باید معلوم شود که چرا اصلاً از کامپوزیت استفاده می کنیم؟ حتماً دیده اید که دیوارهای خانه های قدیمی، خیلی ضخیم تر از دیوارهای ساختمان های امروزی اند، یا اگر در خانه های قدیمی ستون دیده باشید، به مراتب قطورتر از ستون های ساختمان های نوسازِ امروزی است. علتْ این است که برای تحمل نیروی سقف، احتیاجی به قطور کردن دیوارها یا ستون ها نیست. چون با زیاد کردن تعداد ستون ها و قرار دادن ستون های باریک¬تر در جاهایی که نیرو وارد می شود، در واقع ستون های کاذب را حذف می کنیم. در مواد مرکب هم، برای اینکه بخواهیم خواص ماده بهتر شود، لازم نیست همهٔ ماده را از یک ماده با خواص خوب بسازیم.
خواص مهندسی مواد

ما از مواد خاصی برای ساخت قطعات، دستگاه ها، ساختمان ها و... استفاده می کنیم، چون همهٔ مواد خواص مورد نیاز ما را در آن دستگاه برآورده نمی کنند. به این خواص ماده، که موجب می شود آن ماده دارای کاربردهای مهندسی شود، «خواص مهندسی مواد» می گویند. خواص مهندسی مواد عبارتند از:

۱. خواص مکانیکی، مثل خواص کشتی؛

۲. خواص فیزیکی، مثل هدایت الکتریکی؛

۳. خواص شیمیایی، مثل مقاومت در برابر خوردگی؛

نمونه ای از این تغییر خواص شبمیایی را در زیر می بینید. در اینجا با تبدیل میکروکامپوزیت به نانوکامپوزیت امکان شکل گیری ذغال به ماده اضافه شده است. با این کار از گسترش آتش جلوگیری می شود.
بهتر شدن خواص مکانیکی با ترکیب مواد و تولید نانوکامپوزیت

خواص مکانیکی یعنی خواص ماده در برابر اِعمال انواع نیروها. نیروها به چند دسته تقسیم می شوند: کشیدن، فشردن، خم کردن، پیچاندن و...

وقتی یک لایه یا صفحه با ضخامت ۱ میلی متر را وارد زمینه ای نرم می کنیم، اگر تقویت کننده محکمتر از زمینه باشد، مثلاً مقداری ورق فلزی را وارد یک زمینهٔ پلاستیکی (پلیمری) کنیم، مادهٔ مرکبِ تشکیل شده در مقایسه با مادهٔ اول، در برابر نیروی کششی، مقاومت بیشتری از خود نشان می دهد.

حال اگر این لایه بخواهد به لایه ای با ضخامت ۱ نانومتر تبدیل شود، یک میلیون لایه با ضخامت ۱ نانومتر خواهیم داشت. واضح است که توزیع یک میلیون لایهٔ نانومتری، می تواند در تمام سطح زمینهٔ پلیمری به صورت یکنواخت توزیع شود. بنابراین، وقتی به زمینهٔ پلیمری نیروی مکانیکی وارد می شود، این نیرو را بهتر تحمل می کند.
بهتر شدن خواص فیزیکی

خواص فیزیکیِ یک ماده، خواصی از قبیل هدایت، مقاومت الکتریکی و... هستند. جریان الکتریکی با حرکت الکترون ها وارد یک ماده می شود و اتم ها با ارتعاش، به همدیگر می خورند و به این ترتیب الکترون را دست به دست درون ماده منتقل می کنند. حال اگر مادهٔ ما یک پلاستیک (عایق الکتریسیته و حرارت) باشد و ما بتوانیم چند عدد میلهٔ مسی درون آن وارد کنیم (دقیقاً مثل سیم)، الکترون ها از درون این پلاستیک و با عبور از اتم های مس، می توانند هدایت شوند. یعنی ما با قرار دادن یک میلهٔ مسی درون یک پلاستیک، آن را هادی جریان الکتریسیته کرده ایم. اکنون فرض کنید که سطح این پلاستیک ۱ متر در ۱ متر باشد و قطر میلهٔ مسی ۱ میلی متر. در این صورت، مقطعی دایره ای به قطر ۱ میلی متر از پلاستیک هادی جریان می شود. این در حالی است که با ریز کردن میلهٔ مسی، به میله های با قطر نانومتر می توان یک میلیون میله با قطر ۱ نانومتر را درون پلاستیک پخش کرد. بنابراین، یک میلیون قسمت پلاستیک، رسانای جریان الکتریکی می شوند.