なぜ私たちはポリマーナノコンポジットを愛するのか（そしてあなたもそうすべきです！）

ポリマーナノコンポジットは、今日のプラスチック技術で最も注目されているトピックの1つです。 ナノコンポジットは、マトリックスまたは樹脂と呼ばれる連続相に保持されたナノスケールの繊維を含む材料です。ナノ粒子は、サイズが1〜100ナノメートルのナノ粒子です。 （ナノメートルは10億分の1メートルです）。 したがって、プラスチックナノコンポジットは、プラスチック樹脂に埋め込まれたナノ粒子で構成されています 樹脂分子とナノスケール粒子の分子に近いブレンドです。

ナノコンポジットは本質的に新しい現象ではありません。 土壌の無機部分の多くはナノ材料で構成されており、分子レベルまたはナノレベルで粒子をろ過する能力を与えています。私たちの骨は、軟体動物の殻の一部であるナノコンポジットの例です。たとえば、マザーオブパール（真珠層）は、無機アラゴナイト（CaCO ₃ ）の交互の層で構成されています。 ）および有機生体高分子。真珠層は、その構成材料の2倍の硬さと1000倍の強さです。

現在、ナノミネラルとも呼ばれるナノクレイは、プラスチックナノコンポジットの調製に最も一般的に使用されている市販の添加剤です。 ナノクレイは、世界中で生産される総量のほぼ80％を占めています。 最も広く使用されているナノクレイはモンモリロナイトです。これは非常に柔らかい鉱物で、通常は微視的な結晶のクレイを形成します。また、カーボンナノファイバーとカーボンナノチューブも商業的に利用されています。 MWCNT、または多層カーボンナノチューブは、半導体の製造に使用されます。さらに、使用中に成長しているナノ粒子の別のグループは、合成多面体オリゴマーシルセスキオキサン（POSS）です。 POSSは、シリコン原子と酸素原子が立方体の形で結合しており、シリコン原子が角を占めています。 ナノファイバーは、ポリアミド（ナイロン）、ポリプロピレン、ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、PETなどのさまざまなポリマーと混合され、有用なポリマーナノコンポジットを製造しています。

では、ポリマーナノコンポジットが通常のプラスチックコンポジットよりも優れている理由は何でしょうか。 機械的な観点から、ポリマーナノコンポジットは、アスペクト比と表面積対体積比が非常に高く、強度と重量の比が非常に高いため、従来の複合材料とは異なります。 これをさらに調べてみましょう：

• アスペクト比は、オブジェクトの長さ/直径です。したがって、アスペクト比の高い粒子は長くて細いのに対し、アスペクト比の低い粒子は短くて幅が広くなります。高アスペクト比のナノ粒子は（HARNS）と呼ばれます。

• 表面積対体積比は、オブジェクトの単位体積あたりの表面積の量であり、サイズに反比例します。したがって、表面積対体積比が高い材料は、直径が小さいか、非常に多孔性の材料です。より多くの表面積が反応に利用できるため、これらはモノリシック材料よりもはるかに速い速度で反応します。簡単な例は、粗い塩粒子と細かい塩粒子の間です。粗塩は、表面積対体積比が比較的高い微細な塩粒よりもゆっくりと水に溶解します。

• 強度と重量の比率または比強度は、ここでは、破損時の単位面積あたりの材料の力を密度で割ったものとして定義されます。ナノコンポジットは、炭素繊維またはガラス繊維で強化されたコンポジットよりも強度と重量の比率が高くなっています。カーボンファイバーの引張強度は6,300MPa、比強度は2,457 kN x m / kg、カーボンナノチューブの引張強度は23,000 MPa、比強度は45,268 kN x m / kgです。 ナノコンポジットには通常、重量ベースで2〜10％の負荷が含まれますが、これらのコンポジットでは、20〜30％の鉱物またはガラスを含む従来のポリマーコンポジットと同等またはそれ以上の特性が向上します。

ポリマーナノコンポジットはさまざまな用途で使用されています。例として、リチウムイオン電池のアノードでのナノコンポジットの使用を見てみましょう。シリコンカーボンナノコンポジットで作られたアノードは、リチウム電解質とのより緊密な接触を可能にし、したがって、電力のより速い充電および放電を可能にします。また、風車のブレードの強度と重量の比率、および自動車や航空機の燃料効率の向上にも使用されています。

アプリケーションでポリマーナノコンポジットを使用していますか？ 以下のコメントセクションでそれについて教えてください。

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