納米復合材料是一種多相固體材料，其中一個相具有低于100nm的一維、二維或三維，或者構成材料的不同相之間具有納米級重復距離的結構。該定義涵蓋膠體、多孔介質、共聚物和凝膠；然而，大多數(shù)情況下，它是納米尺寸相和塊狀基質的固體組合，由于化學和結構的差異，具有不同的性質。
納米顆粒的電學、機械、熱學、電化學、光學和催化性能將與組分材料顯著不同。
納米復合材料天然存在于骨骼和鮑魚殼等結構中。從20世紀50年代中期起，納米級有機粘土就被用于控制聚合物溶液流動或凝膠構成，例如作為均質制劑化妝品中的增稠物質。粘土/聚合物復合材料在20世紀70年代變得非常流行，盡管納米復合材料一詞尚未被創(chuàng)造。
納米復合材料中的納米級相通常具有異常高的表面積與體積比和/或異常高的長寬比。增強材料可包括片材、顆?；蚶w維。增強相與基體之間的界面面積比傳統(tǒng)復合材料大一個數(shù)量級。增強相附近的基體材料性能受到顯著影響。
在陶瓷基體中添加碳納米管可以增強導熱性和導電性。其他類型的納米顆粒可導致改善的介電性能、光學性能、耐熱性或機械性能，例如強度、剛度以及抗損壞和耐磨性。
納米復合材料的類型
陶瓷基納米復合材料
在該復合材料組中，諸如來自氮化物、氧化物、硅化物和硼化物組的化合物的陶瓷占據了體積的主要部分。在大多數(shù)陶瓷基納米復合材料中，金屬是第二組分。在理想情況下，陶瓷和金屬成分均勻分散，以產生特定的納米級特性。
金屬基納米復合材料
金屬基納米復合材料的另一個名稱是增強金屬基復合材料。這種復合材料類型可分為非連續(xù)增強材料和連續(xù)增強材料。碳納米管金屬基復合材料是一種重要的納米復合材料，它利用了碳納米管材料的高導電性和拉伸強度。金屬基納米復合材料的新研究領域是氮化碳金屬基復合材料和氮化硼增強金屬基復合材料。
含能納米復合材料是另一種納米復合材料，通常為二氧化硅基混合溶膠-凝膠，當與納米級鋁粉和金屬氧化物結合時形成超級鋁熱劑材料。
聚合物納米復合材料
通過利用納米級填料的特性和性質，將納米顆粒添加到聚合物基質中可以改善其性能。當納米級填料性能更好或不同于基體增強材料并且填料分散良好時，該策略效果很好。
機械性能的增強可能不限于強度或剛度。通過添加納米填料，可以改善時間依賴性特性。另一方面，高性能納米復合材料性能的改善是由于填料的高表面積和高長徑比，因為當分散良好時，納米顆粒具有增加的表面積與體積比。
碳納米管陶瓷基納米復合材料的性能
與整體陶瓷材料相比，包含納米晶陶瓷材料和碳納米管（CNT）填料的復合材料表現(xiàn)出較低的脆性。例如，以納米相氧化鋁顆粒作為基體，以單壁和雙壁碳納米管分散體作為填料的材料，可在不影響陶瓷基體強度的情況下，使其抗斷裂性提高25%。
這種概念驗證材料的特點適用于廣泛的納米相陶瓷氧化物材料。還可以用其他納米級材料例如氮化硅、氮化硼和碳化硅來制造填料。這些材料比石墨纖維增強陶瓷復合材料具有更高的硬度。
CNT陶瓷基納米復合材料的應用
承重結構件
磨損或摩擦表面
醫(yī)療器械和植入物
汽車、航空航天和發(fā)電應用
工模具材料
由于納米管和納米粉末的可用性不斷增加，以及它們與新穎加工技術的集成，新型多功能材料正在被開發(fā)出來。碳納米管以其電學、機械和熱學特性而聞名，并且納米管的商業(yè)規(guī)模制造正在迅速改進。
在研究中，開發(fā)了具有碳納米管的氧化鋁納米復合材料。碳納米管在陶瓷基體中容易團聚，然而，二甲基甲酰胺被發(fā)現(xiàn)可以成功地將碳納米管分散在整個材料中，并且所得材料相應地具有更好的電氣和機械性能。研究發(fā)現(xiàn)，氧化鋁涂層的碳納米管最適合與陶瓷基體的界面粘合。
陶瓷-碳納米管納米復合材料顯示出巨大的前景，特別是對于需要良好熱性能和電性能的應用。迄今為止的大多數(shù)研究只是為了更好地了解納米復合材料的特性以及如何制造它們。與許多其他基于納米材料的技術一樣，碳納米管陶瓷復合材料的商業(yè)開發(fā)將取決于碳納米管的價格和可用性。使用其他更容易獲得的材料的納米復合材料，更容易適應當前的制造方法，已經開始在高應力場景中找到商業(yè)應用。
