Гибридные полимер-неорганические нанокомпозиты

Композиты — это материалы, состоящие из органической фазы (полимера) и дисперсной минеральной фазы. Нанокомпозиты — класс композиционных материалов, характерной чертой которых является нанометровый размер их структурных элементов (частиц металлов и металлоидов, их оксидов, халькогенидов и т. п.). В литературе для обозначения этих материалов чаще всего используют термины «гибридные нанокомпозиты», «наногибриды», «наноструктурные композиты» и др.

Органическая фаза может захватывать металлосодержащие частицы в своеобразную «ловушку» — оксополимерную сетку или полимерное звено. В качестве неорганических соединений-предшественников (прекурсоров) используют оксиды кремния, алюминия, титана, циркония, ванадия, молибдена, стёкла, глины, слоистые силикаты и цеолиты, фосфаты и халькогениды металлов, оксихлорид железа, графит. Особый интерес представляют цеолиты (молекулярные сита), методы регулирования размеров пор которых хорошо известны. В качестве полимерной составляющей часто применяют элементоорганические, обычно кремнийорганические полимеры.

Гибридные нанокомпозиты, как правило, проявляют синергизм свойств исходных компонентов, они отличаются повышенной механической прочностью и термостабильностью, обеспечивают оптимальный теплоперенос. Эти материалы обладают хорошими термохимическими, реологическими, электрическими и оптическими свойствами. Их используют в качестве хроматографических носителей, мембранных материалов, оптических и магнитных материалов, компонентов полимерных композиций, носителей и катализаторов различных реакций.

Существует множество способов получения нанокомпозитных материалов, некоторыми из которых являются испарение металла с нанесением его атомов на полимерные матрицы, полимеризация в плазме, вакуумное испарение металлов, термическое разложение прекурсоров в присутствии полимеров, восстановление ионов металлов различными методами, включая электрохимические, и т. п. Однако при получении гибридных нанокомпозитов этими способами бывает трудно достичь равномерного распределения ингредиентов, что приводит к неоднородности свойств материала. Наиболее распространены три основных метода получения нанокомпозитных материалов: 1) золь-гель-метод; 2) интеркаляция полимеров и наночастиц в слоистые структуры; 3) сочетание процессов полимеризации и формирования наноразмерных частиц (НРЧ), обеспечивающее гомогенное диспергирование неорганического компонента в полимерной матрице.

В последнее десятилетие этим методам, особенно первому и второму, уделяется пристальное внимание. Активно изучаются свойства и методы синтеза металлополимерных пленок Ленгмюра-Блоджетт. С помощью этих методов удобно получать нанокомпозиты, содержащие не только синтетические, но и природные, в том числе биологически активные макромолекулы.