Nanokompozitler ve Nanokompozit Tenis Topu

Malzeme mühendisliği yeni bir çeşit malzemenin keşfedilmesiyle çağ atlıyor. Nanokompozitler, bir matris (ana malzeme)malzemenin içine gömülmüş nano boyutta parçaçıklar içeren kompozit malzeme çeşididir. ( 1 nano metre = 10^-9 metre)

Mekanik, elektriksel, manyetik, optik, termal, biyolojik ve geleneksel dolgu malzemelerinden üstün taşınım özelliklerine sahip olacak şekilde üretilebilir. Ayrıca, bu özellikler özel uygulamalarda kullanılmak üzere tasarlanabilir. Bu sebeplerden dolayı, nanokompozitler bir takım modern teknolojilerde kullanılmaktadır.

Nanoparçacıklar fiziksel ve kimyasal özellikleri ilginç ve beklenmedik bir şekilde değiştirebilir. Ayrıca, değişim derecesi parçacık büyüklüğüne (yani, atomların sayısı) bağlıdır.

Örneğin, kalıcı manyetik özellik gösteren bazı malzemelerin  (demir, kobalt ve manyetit (Fe₃  O₄) gibi) manyetik davranışı, çapları yaklaşık 50 nm’ den küçük parçacıklar için kaybolur.

Nanoparçacıkların bu boyuta bağlı özellikleri için iki faktör hesaplanır:

1. Parçacık yüzey alanının hacme oranındaki artış
2. Parçacık boyutu

Yüzeydeki atomlar bir malzemenin içinde bulunan atomlardan farklı davranırlar. Sonuç olarak, bir parçacık boyutu düştükçe, yüzey atomlarının tüm atomlara olan  nispi oranı artar; Bu, yüzeydeki atomların baskınlaçması gelir. Ayrıca, çok küçük parçacıklar için, kuantum efektleri ortaya çıkmaya başlar.

Nanokompozit matris malzemeleri metaller ve seramikler olmasına rağmen, en çok kullanılan ortak matrisler polimerlerdir. Bu polimer nanokompozitleri için epoksi reçineler, poliüretanlar, polipropilen, polikarbonat, poli (etilen tereftalat), silikon reçineler, poli (metil metakrilat), poliamidler (naylonlar), poli (Viniliden klorür), etilen vinil alkol, bütil kauçuğu ve doğal kauçuk gibi malzemeler kullanılabilir. Bir nanokompozitin özellikleri hem matris hem de nanoparçacıkların özelliklerine değil aynı zamanda nanoparçacık şekli ve içeriğine, ayrıca matris-nanoparçacık arayüzey özelliklerine göre de değişmektedir. Günümüzün ticari nanokompozitlerinin çoğu, üç genel nanoparçaçık türü kullanmaktadır: nanokarbonlar, nanokiller ve parçacıklı nanokristaller.

Nanokarbon grubuna tek ve çok duvarlı karbon nanotüpleri, grafen levhaları ve karbon nanofiberleri dahildir.

Nanokiller tabakalı silikatlardır En yaygın türü montmorillonit kildir.Çoğu parçacık nanokristal silika, alümina, zirkonya, yarı niyan ve titanyum gibi inorganik oksitlerdir.Nanopaçacıkların matrise ilave edilmesi önemli ölçüde değişir ve uygulamaya bağlıdır.

Örneğin, ağırlıkça % 5 seviyesinde karbon nanotüp konsantrasyonları, mukavemet ve sertlikte önemli artışlara neden olabilir. Bununla birlikte, ağırlıkça % 15 – % 20 karbon nanotüplerinin, bazı uygulamalar için gerekli olan (örneğin bir nanokompozit yapının elektrostatik deşarjlardan etkilenmesini önlemek için) gerekli elektrik iletkenlikleri üretmesini sağlayabilir.

Nanokompozit malzemelerinin üretimindeki başlıca zorluklardan biri işlemedir. Çoğu uygulama için, nano boyutta parçacıkları matriste homojen bir şekilde dağılmalıdır. İstenen özelliklere sahip nanokompozitlerin üretilmesi için yeni dağılım ve üretim teknikleri olmuştur ve bunlar sürekli geliştirilmektedir.

İşte bu gelişmelerden birisi Wilson Sporting Goods firmasının ürettiği nanokompozit tenis topu

Tenis topu , orijinal basıncını korur ve normal bir tenis topunun iki katı kadar sıçrar.

İç kısmı , bütil kauçuk matrisinden oluşan bir nanokompozit kaplamaya sahip içine vermikülitin ince trombositleri gömülmüştür. Bu parçacıklar, hava moleküllerinin topun duvarları boyunca nüfuz etmesini önler ve havasının azalmasını engeller.