KOMPOZITNÍ NANOMATERIÁLY Co je to kompozit? Definice: „ Jakýkoli materiál, který není čistá látka a obsahuje více než jednu složku, může být teoreticky.

Prezentace na téma: "KOMPOZITNÍ NANOMATERIÁLY Co je to kompozit? Definice: „ Jakýkoli materiál, který není čistá látka a obsahuje více než jednu složku, může být teoreticky."— Transkript prezentace:

1 KOMPOZITNÍ NANOMATERIÁLY Co je to kompozit? Definice: „ Jakýkoli materiál, který není čistá látka a obsahuje více než jednu složku, může být teoreticky klasifikován jako kompozitní materiál. Ale odlišení kompozitního materiálu od běžné heterogenní materiálové směsi je tzv. synergický efekt nové, odlišné vlastnosti než poskytují samotné původní materiály. (Synergický efekt v objemné netkané textilii, ve „směsi vláken a vzduchu“, může být ukázán na příkladu termoizolačních vlastností, které přináší právě propojení vlákenného materiálu a vzduchu). Za nejobecnější definici lze považovat tuto definici: ( i ) Kompozitní materiály se skládají nejméně ze dvou konstituentů, z nichž alespoň jeden je tuhý a ( ii ) jejich vlastnosti se odlišují od vlastností původních konstituentů a vlastností získaných pouze jejich adicí.

2 KOMPOZITNÍ NANOMATERIÁLY přírodní kompozity, jako jsou dřevo, kosti, peří, bambus (tzv. skleněné vlákno přírody), svaly, tkáně atd. V přírodě lze totiž nalézt výhradně materiály na kompozitním principu, čisté, bezdefektní a homogenní materiály se vyskytují velice zřídka. Mikroskopický snímek kosti s viditelnými kolagenovými vlákny, které fungují jako výztuž. Převzato z [http://www.lim.cz].

3 NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY Nanokompozity jsou materiály, v nichž výztuží respektive jedním z konstituentů jsou právě nanočástice (nanovlákna -nanotrubice, nanoprášky atd.). Nanokompozity jsou materiály, kde jsou „vkládány“ nanočástice (označované obvykle jako plnivo či výztuž) do makroskopického materiálu (většinou spojitého, označovaného jako matrice).

4 NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY A)Kompozitní materiály vyztužené uhlíkovými nanotrubicemi B)Kompozitní elektrostaticky zvlákněná nanovlákna C)Kompozitní materiály vyztužené elektrostaticky zvlákněnými nanovlákny

5 CNTs (jak MWNTstak SWNTs) se uplatňují v kompozitních materiálech díky svým výjimečným vlastnostem: -vysoké pevnosti -vysoké elektrické vodivosti -vysoká tepelná odolnost -vysoká chemická odolnost -vysoké ohebnosti (odolnosti v ohybu) -relativně nízké hustotě (relativně nízké hmotnosti) -atd. Matrice vhodné k použití: Polypropylen; polystyren; polykarbonát; polyimid, fenolová pryskyřice, epoxidová pryskyřice, silikon atd. Obvyklý přídavek CNTs od 0,1hm% do5hm%-!!!cena CNTs NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY PŘÍKLAD S UHLÍKOVÝMI NANOTRUBICEMI

6 NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY Příprava: Nutná dokonalá dispergace v polymerní matrici (tavenina, roztok, rozpouštědlo – velký problém s aglomerací nanomateriálů – je nutné dokonale „obalit“ nanomateriál polymerní matricí - při míchání se velmi dobře uplatňuje ultrazvuk. Bez UZV 24 kHz 15 s 24 kHz 30 s 24 kHz 60 s 24 kHz 90 s 24 kHz 120 s 24 kHz 180 s 24 kHz 300 s NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY PŘÍKLAD S UHLÍKOVÝMI NANOTRUBICEMI

7 Zlepšení mechanických vlastností (pevnost, odolnost v ohybu, odolnost v tlaku), zlepšení teplotní odolnosti, zvýšení odolnosti proti vzniku, šíření trhlin a delaminaci v kompozitním materiálu. NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY PŘÍKLAD S UHLÍKOVÝMI NANOTRUBICEMI

8 NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY PŘÍKLAD S UHLÍKOVÝMI NANOTRUBICEMI TEM snímky CNT

9 NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY PŘÍKLAD: Hybridní kompozitní materiály – „klasické“ výztuže + nanomateriály (uhlíkové nanotrubice) + polymerní matrice. Golfová hůl Tenisová raketa – hmotnost 265 g, konvenční 280 – 300 g Supelehký, superpevný a superdrahý bicykl…….

10 NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY Technologický příklad: Sorpční materiál s neobvyklými vlastnostmi – jak tohle vyrobit? 5 000x 1 000x nanovlákna aktivní uhlí

11 NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY -Částice aktivního uhlí – sorpční materiál -Nanovlákna – fixační matrice Maximální využití sorpčních schopností aktivního uhlí Částice aktivního uhlí jsou drženy na svých místech v prostoru ODDĚLENĚ! TECHNOLOGICKÝ POSTUP 1.Částice rozvířit a rozptýlit v prostoru 2.Částice smíchat se vznikajícími nanovlákny 3.Výslednou směs uložit do žádané vrstvy

12 NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY První pokus Kompozitní materiál.wmvKompozitní materiál.wmv

13 NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY Schéma výsledného zařízení 6 1 2 3 4 5 1 - násypka prášku, 2 – dávkovací šnekový dopravník, 3 – vírová komora, 4 – injektor, 5 – zvlákňovací hubice, 6 – zvlákňovací trubková elektroda

14 NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY Výsledný materiál je nutné zalaminovat mezi ochranné textilní vrstvy a zhomogenizovat ultrazvukem. Nanovlákna Krycí mikrovlákenný materiál Aktivní uhlí

15 NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY Materiál homogenizovaný pomocí ultrazvuku Jako škodlivina použit yperit – Státní ústav jaderné, chemické a biologické ochrany (SÚJCHBO) Rezistence cca 23 h

16 NANOKOMPOZITNÍ MATERIÁLY Zásady pro přípravu a výrobu nanokompozitních materiálů 1.Nanomateriál je nutné dokonale a BEZPEČNĚ (škodlivost nanomateriálů) dispergovat v polymerní matrici nebo v prostředí zařízení. 2.Výsledný prekurzor kompozitu uložit do požadované formy a tvaru. 3.Materiál zafixovat tak, aby se nanomateriály samovolně neuvolňovaly do okolního prostředí. 4.Pro výrobu nanokompozitu volit vždy nejefektivnější postup, který nemusí být pokaždé jednostupňový a přímočarý.