納米復(fù)合材料是一種多相固體材料，其中一個(gè)相具有低于100nm的一維、二維或三維，或者構(gòu)成材料的不同相之間具有納米級(jí)重復(fù)距離的結(jié)構(gòu)。該定義涵蓋膠體、多孔介質(zhì)、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(zhì)的固體組合，由于化學(xué)和結(jié)構(gòu)的差異，具有不同的性質(zhì)。
納米顆粒的電學(xué)、機(jī)械、熱學(xué)、電化學(xué)、光學(xué)和催化性能將與組分材料顯著不同。
納米復(fù)合材料天然存在于骨骼和鮑魚殼等結(jié)構(gòu)中。從20世紀(jì)50年代中期起，納米級(jí)有機(jī)粘土就被用于控制聚合物溶液流動(dòng)或凝膠構(gòu)成，例如作為均質(zhì)制劑化妝品中的增稠物質(zhì)。粘土/聚合物復(fù)合材料在20世紀(jì)70年代變得非常流行，盡管納米復(fù)合材料一詞尚未被創(chuàng)造。
納米復(fù)合材料中的納米級(jí)相通常具有異常高的表面積與體積比和/或異常高的長(zhǎng)寬比。增強(qiáng)材料可包括片材、顆?；蚶w維。增強(qiáng)相與基體之間的界面面積比傳統(tǒng)復(fù)合材料大一個(gè)數(shù)量級(jí)。增強(qiáng)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(qiáng)導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。其他類型的納米顆?？蓪?dǎo)致改善的介電性能、光學(xué)性能、耐熱性或機(jī)械性能，例如強(qiáng)度、剛度以及抗損壞和耐磨性。
納米復(fù)合材料的類型
陶瓷基納米復(fù)合材料
在該復(fù)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(jù)了體積的主要部分。在大多數(shù)陶瓷基納米復(fù)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(chǎn)生特定的納米級(jí)特性。
金屬基納米復(fù)合材料
金屬基納米復(fù)合材料的另一個(gè)名稱是增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。這種復(fù)合材料類型可分為非連續(xù)增強(qiáng)材料和連續(xù)增強(qiáng)材料。碳納米管金屬基復(fù)合材料是一種重要的納米復(fù)合材料，它利用了碳納米管材料的高導(dǎo)電性和拉伸強(qiáng)度。金屬基納米復(fù)合材料的新研究領(lǐng)域是氮化碳金屬基復(fù)合材料和氮化硼增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。
含能納米復(fù)合材料是另一種納米復(fù)合材料，通常為二氧化硅基混合溶膠-凝膠，當(dāng)與納米級(jí)鋁粉和金屬氧化物結(jié)合時(shí)形成超級(jí)鋁熱劑材料。
聚合物納米復(fù)合材料
通過利用納米級(jí)填料的特性和性質(zhì)，將納米顆粒添加到聚合物基質(zhì)中可以改善其性能。當(dāng)納米級(jí)填料性能更好或不同于基體增強(qiáng)材料并且填料分散良好時(shí)，該策略效果很好。
機(jī)械性能的增強(qiáng)可能不限于強(qiáng)度或剛度。通過添加納米填料，可以改善時(shí)間依賴性特性。另一方面，高性能納米復(fù)合材料性能的改善是由于填料的高表面積和高長(zhǎng)徑比，因?yàn)楫?dāng)分散良好時(shí)，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(fù)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(fù)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(qiáng)度的情況下，使其抗斷裂性提高25%。
這種概念驗(yàn)證材料的特點(diǎn)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(jí)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(qiáng)陶瓷復(fù)合材料具有更高的硬度。
CNT陶瓷基納米復(fù)合材料的應(yīng)用
承重結(jié)構(gòu)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(yīng)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(shù)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(xué)、機(jī)械和熱學(xué)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(jìn)。
在研究中，開發(fā)了具有碳納米管的氧化鋁納米復(fù)合材料。碳納米管在陶瓷基體中容易團(tuán)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(gè)材料中，并且所得材料相應(yīng)地具有更好的電氣和機(jī)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(fù)合材料顯示出巨大的前景，特別是對(duì)于需要良好熱性能和電性能的應(yīng)用。迄今為止的大多數(shù)研究只是為了更好地了解納米復(fù)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(shù)一樣，碳納米管陶瓷復(fù)合材料的商業(yè)開發(fā)將取決于碳納米管的價(jià)格和可用性。使用其他更容易獲得的材料的納米復(fù)合材料，更容易適應(yīng)當(dāng)前的制造方法，已經(jīng)開始在高應(yīng)力場(chǎng)景中找到商業(yè)應(yīng)用。
