Нанокомпозиты из оксида алюминия и полимера такие же жесткие, как и металлы, но они намного легче. Стремясь разработать прочные и, в то же время, легкие материалы, химики и специалисты в области материаловедения давно пытались скопировать наноструктуры, которые присутствуют в природе.

Раковины, кости и зубная эмаль состоят из жестких керамических пластинок, которые организованы в полимерной матрице точно так же, как кирпичи в кладке. Эти гибридные материалы сочетают прочность керамики со способностью полимеров растягиваться. Еще одним дополнительным преимуществом гибридного материала является его малая масса. Материал на четверть или даже вдвое легче стали при сохранении той же прочности. Он станет хорошей заменой стеклопластику, который обычно используется для изготовления автомобильных деталей.   Поскольку прочность материала обеспечивается наличием распределенных в нем пластинок, у него имеется прочность в двух направлениях, а не только в одном направлении, как это происходит в случае использования материала, армированного волокном. Кроме того, хотя в настоящее время материал полупрозрачный, его структуру можно изменить так, чтобы он стал прозрачным, что сделает его пригодным для использования в качестве стоматологического материала и для изготовления прозрачных электронных сетей.

Исследователи диспергировали крошечные пластинки оксида алюминия в полимере для того, чтобы получить материал, которые прочен, хорошо растягивается и имеет малую массу. Использование такого материала может позволить получить более долговечный костный материал и дентальные имплантаты, а также более легкие и более эффективно расходующие топливо детали автомобилей и самолетов. Материал также можно использовать для того, чтобы изготавливать сгибаемые и прозрачные электронные устройства.

В 2007 г. исследователи из Мичиганского университета создали армированные глиной полимеры, которые были очень прочными, но хрупкими: требуется приложить немалые усилия для того, чтобы деформировать их, но если уж удастся их деформировать, происходит резкое разрушение. Исследователям Массачусетского технологического института удалось создать жесткий, но менее хрупкий композит из полимера и глины, который способен выдерживать некоторое растяжение перед разрушением. В коллективе исследователей Швейцарского Федерального Института Технологии в Цюрихе, считают, что композит созданный их группой, еще лучше. По их словам, их материал в пять раз прочнее материала, который создан в MIT, и все же он еще и лучше растягивается. Пленка из этого композита уже такая же прочная, как алюминиевая фольга, но при растяжении она может расширяться почти на 25% от исходного размера; алюминиевая фольга разрушается уже  при растягивании на 2%.

Для того, чтобы создать свой материал, исследователи диспергируют пластинки оксида алюминия в этаноле, и распределяют смесь поверх воды. Пластинки выстраиваются в один слой на поверхности воды. Затем исследователи обмакивают в раствор стеклянную пластину, перемещая пластинки на стекло. В заключение они осаждают слой биологически совместимого полимера поверх пластинок. Исследователи повторяют эту процедуру до тех пор, пока не получат толщину конечного композита в несколько десятых микрометра, затем они соскабливают материал со стеклянной пластинки лезвием бритвы. Отношение между длиной и толщиной пластинок должно быть точно подобрано. Если оно слишком велико, пластинки будут разрушаться при растягивании. Если оно слишком мало, материал будет не очень жестким. Исследователи предпочли работать с пластинками из оксида алюминия, которые в пять раз прочнее имеющихся в природе пластинок из карбоната кальция. Они также сделали свои пластинки тоньше, примерно 200 нанометров в поперечнике по сравнению с 500 - 1,000 нанометров встречающихся в природе пластинок—для того, чтобы уменьшить возможность возникновения дефектов в их структуре. Наилучшее среднее отношение длины и толщины составляет 40, поэтому они сделали пластинки длиной от 5 до 10 микрометров. Здесь очень важны низкие концентрации, поскольку они означают наличие в композите большего количества полимера и очень высокой способности к растяжению.

Материал все еще нуждается в целом ряде улучшений, прежде чем его можно будет использовать на практике. Чем лучше полимер, тем прочнее будет композит. Исследователям также необходимо найти способ добиться лучшего соединения между оксидом алюминия и полимером. Но прежде чем материал можно будет использовать, исследователям необходимо будет разработать более быстрый способ производства материала в больших количествах.

www.polymery.ru