Nanoteknologiako materialen arloan, material nanoegituratuak (solido kondentsatuak) eta nanoindargarria duten material konpositeak bereizten dira. Hala ere, bien arteko lotura oso estua da, nanoegiturak gero eta gehiago erabiltzen baitira nanoindargarriak matrize polimerikoetan barreiatzeko eta orientatzeko.

Indargarriak 1-100 nm arteko tamaina izan behar du norabide batean gutxienez. Lau motatako indargarriak aurki daitezke: 0-D (nanopartikulak, zeintzuek dimentsio guztiak nanoeskalan dituzten eta aspektu-erlazioa, ardatz handienaren eta txikienaren artekoa, L/d, 1 ingurukoa duten), 1-D (nanozuntzak), 2-D (nanoxaflak) eta 3-D (nanoesferak).

Nanoteknologia, nanomaterialen ikuspegitik, nanoegituren eta/edo nanokonpositeen diseinuan, fabrikazioan eta aplikazioen garapenean oinarritzen da. Egitura nanoeskaladunak garatzeak posible egiten du materialen oinarrizko propietateen (termiko, magnetiko, mekaniko, etab.) kontrola, konposizio kimikoa aldatu gabe. Nanokonpositeetan, indargarrien luzera-eskala matrize polimerikoenaren magnitude berdintsukoa da. Material horien propietateak tamainaren, azalera-egituraren eta partikulen arteko elkarrekintzen menpekoak dira. Nanoindargarriak mota askotakoak izan daitezke: metalikoak, zeramikoak, naturalak, organikoak eta sintetikoak.

Nanopartikulak prestatzeko, zenbait prozedura edo bide daude: haustutzea, atomizazioa eta sprayinga, fuminga, prozedura kimikoa, etab. Azken prozedura horren barruan, aukera hauek bereiz daitezke: hauspeatzea, sol-gel prozesua, silseskioxanoak, erredukzioa, elektrolisia, oxalatoak, latex- eta nanokristal-polimerikoak (adib., nanozelulosa). Karbono-nanozuntzak, whiskerrak eta nanohodiak 1-D dimentsioko nanoindargarri ezagunenak dira. Nanoxaflak naturalak edo geruza bakunen autoelkartzetik sortutakoak izan daitezke.

Nanokonpositeen eta konpositeen arteko ezberdintasun nabarmenena, tamainaz aparte, matrize eta nanoindargarrien arteko faseartea da. Konpositeen kasuan, fasearteari ez zaio garrantzi gehiegirik ematen diseinatzeko garaian, baina nanokonpositeen kasuan, faseartea hirugarren osagaia da, bere bolumena nanoindargarriarenaren eta matrizearenaren antzekoa izaki. Datozen urteetan, nanokonpositeen erabileraren arrakastak bi erronka nagusi izango ditu: nanoindargarrien barreiapena eta fasearte erraldoiaren kontrola, matrizea eta indargarria elkarren artean ongi eusteko.

Matrizearekiko elkarrekintzak nanoindargarrien azaleran gertatzen dira, baina, sarritan bien arteko filia egokia ez denez, azalera horiek eraldatu egiten dira matrizearekin termodinamikoki bateratzeko (faktore entropikoa ere kontuan eduki beharra dago, zeina kateen luzerarekin loturik dagoen). Kasu horretan, erronkak hauek dira: indargarria disolbatzaile egokian barreiatzea eraldaketak egin ahal izateko, eraldaketa indargarriak hondatu gabe aurrera eramatea eta eraldaturiko indargarriak disoluziotik biltzea. Eraldaketak egiteko, zenbait bide jarrai daitezke; hauek dira garrantzitsuenak: surfaktanteen erabilera (kate hidrofobikoz eta talde funtzional hidrofilikoz osaturiko konposatuak, zeintzuek indargarrien azalera-energia aldarazten duten), erreakzio kimikoak, silanizazioa edo silanoen erabilera, oxidazio/erredukzio-prozesuak eta plasmaren bitarteko prozesua.

Nanoindargarrien etsairik handienak dira paira ditzaketen hazkundea eta transformazio kimikoak. Hazte-prozesua pilaketaren (azaltzen dituzten karga hartzeko joera eta masa txikiaren ondorioz), sinterizazioaren (azalera-zona handiak ez dira termodinamikoki lagungarriak; beren artean kontaktatzen hasten dira, eta indargarrien tamaina handitzen da) eta ripeningaren (tamaina ezberdineko partikula asko daudenean, handienek besteak kanibalizatzen dituzte) bitartez gerta daiteke. Oxidazioa ere arrisku handia izan daiteke nanoindargarrientzat.

Polimeroetan oinarrituriko nanokonpositeen portaera faktore askoren menpe dago:

• Sintesi-metodoak: compoundinga egoera urtuan, disoluzio-nahasketa, in situ eta emultsio bitarteko polimerizazioak.

• Morfologia.

• Nanoindargarri-mota eta azalerari eginiko tratamendua.

• Matrizea: kristaltasuna, masa molekularra, egitura kimikoa, termogogorra edo termoplastikoa den.

• Nanoindargarrien barreiatze-maila eta portzentajea (indargarriak pilatzeko joera dute).

Gaur egun gehien erabili ohi diren indargarriak hauek dira:

• Buztin xaflatuak, clay gisa ezagunak (montmorillonita, bentonita eta antzekoak, talkoa, kaolina eta mika). Adibide modura, montmorillonitaren konposizioa Na1/3 (Al5/3 Mg1/3)Si4O10 (OH)2 da, eta Na+ ioia xaflen azaleran dago. Organofilikoak (hidrofobikoak) izan daitezen, polimeroekin bateragarriak izan daitezen, honako konposatu hauekin tratatzen dira: gatz amonio kuaternariodunak, imidazolak, konposatu ioniko fosforodunek dituzten katioiak, etab.

• Karbonozko nanozuntzak (CNF). Karbonozko zuntzekin, karbono beltzarekin, fullerenoarekin eta karbonozko nanohodiekin (CNT) karbonoaren serie jarraitua osatzen dute. Diametroa 50 eta 200 nm bitartekoa izaten dute, luzera 50 eta 100 μm artekoa [karbonozko zuntzak baino askoz txikiagoak eta CNTak (5-30 μm) baino handiagoak]. CNTek bezala, grafito-hormak dituzte, baina dezente merkeagoak dira.

• Karbonozko nanohodiak. Erresistentzia altzairuarena baino 100 aldiz altuagoa da, eta, gainera, malguak eta eroale elektrikoak dira. Horma bakarrekoak (SWCNT, diametroa 2-10 nm) edo horma aniztunak (MWCNT, barne-diametroa, 2-10 nm; eta kanpo-diametroa, 20-40 nm) izan daitezke. Purifikatzeko, bero- eta oxidazio-metodoak erabiltzen dira. Karbonozko nanohodiek duten energia kohesibo (> 0,5 eV/nm) altuaren ondorioz, oraindik ez da guztiz ongi lortu disolbatzaile nahiz polimeroetan barreiatzea, nahiz eta ikertzaile askok arlo horretan diharduten lanean. Nanokonpositeen alorrean, potentzialki izan dezaketen etekin guztia ateratzea da erronka nagusia. Funtzionalizazio-metodo asko probatu dira nanohodien barreiatzea hobetzeko: kobalentea (karboxilazioa eta ondorengo eraldaketak, halogenazioa, hidrogenazioa, erradikal eta karbonoen gehitzea, adizio elektrofiloa, etab.; talde funtzionalak sartzeaz gain, nanohodien hormak hausten dira) eta ez-kobalentea (batez ere, surfaktante arrunt edo polimerikoen bitartez; horrela, CNTen π egitura ez da hausten).

• Fullerenoak. Karbonozko nanoesfera (d - 0,7 μm) hutsak dira. Ezagunenak C60 formulakoak dira.

• Grafenoak. Karbono-nanohodien grafito-egitura dute, baina xaflatuak dira.

• Nanosilika.

• Silseskioxano oligomeriko polihedrikoak (POSS). Horien konposizioa silikarenaren (SiO2) eta silikonarenaren (R2 SiO) artean dago. Eraikuntza-bloke gisa erabiltzen dira konpositeak polimero-kateekin lotzeko. Tamaina 1-3 nm artean dago.

• Metalak.

• Nanotitanio eta beste metalen oxido eta sulfuroak.

• Zelulosazko mikrozuntzak. Zuntz nanoeskaladun hauek (d - 30 nm) zuhaitz eta landareetatik atera daitezke. Beren eta naturatik ateratako polimeroen arteko konbinazioak bide berri bat zabaltzen du bionanokonpositeak bideratzeko.

• Beste zenbait.

Aplikazio jakin baterako matrize polimerikoa eta nanoindargarriak aukeratu ondoren, hurrengo urratsa nanokonpositea eratzea da. Horretan izugarrizko garrantzia du indargarriak (behin azalera eraldaturik) ongi barreiatzeko aukeratzen den metodoak. Polimeroaren egoera fisikoaren arabera, hauek gomendatzen dira:

Polimero solidoekin:

• Disoluzio baten bitartez barreiatzea.

• Egoera urtuan barreiatzea.

• Xehatze/nahasketa arrabolen bitartez egitea.

Polimero likidoekin:

• In situ polimerizazioa.

• Emultsio bitarteko polimerizazioa.

• Mozte altuko nahasketa.

Etorkizunari dagokionez, nanokonpositeen epe laburreko aplikazioak hauek dira, beste batzuen artean:

• Erresistentzia/masa erlazio eta zailtasun hobeak dituzten konpositeak.

• Nanomintzak eta iragazkiak ura purifikatzeko eta gatzgabetzeko.

• Katalizatzaile hobeen (txikiagoen) lorpena.

• Sentsore kimiko eta biologiko sentikorragoak eta selektiboagoak.

• Medikuntza-diagnosietarako gailuak.

• Berriz kargatzeko bateriak.

Surfaktantez eraldaturiko karbono-nanohodien SEM mikrografia