Nanocomposit cú thể được định nghĩa là cỏc vật liệu rắn đa pha trong đú mỗi pha cú kỡch thước dưới 100nm: cỏc cấu trỳc cú kỡch thước nano lặp lại giữa cỏc pha tạo ra vật liệu. Theo nghĩa rộng, định nghĩa này cú thể bao gồm cỏc mao quản trung gian, cỏc keo, cỏc gel và copolime nhưng phần nhiều thường cú sự kết hợp của cỏc pha rắn nano khỏc nhau về tỡnh chất tạo ra một vật liệu khỏc hẳn về cấu trỳc và tỡnh chất hoỏ học. Cỏc tỡnh chất cơ, điện, quang, điện hoỏ, xỳc tỏc của cỏc nanocomposit sẽ khỏc rất rừ cỏc thành phần tạo thành. Kỡch thước giới hạn cho những hiệu ứng này đó được đề xuất là nhỏ hơn 5nm cho hoạt tỡnh xỳc tỏc, là nhỏ hơn 20nm để tạo ra thực hiện một vật liệu mềm cú từ tỡnh mạnh, nhỏ hơn 50nm để thay đổi chỉ số khỳc xạ, và
- 30 -
nhỏ hơn 100nm để tạo ra siờu thuận từ, tăng cơ tỡnh hoặc hạn chế sự phỏ huỷ nền.
Trong thuật ngữ về cơ khỡ, nanocomposit khỏc với cỏc vật liệu composit thụng thường do tỷ lệ cỏc pha tăng cường của diện tỡch/thể tỡch cao một cỏch đặc biệt. Vật liệu tăng cường cú thể được tạo bởi nhiều phần tử vỡ dụ: cỏc phần tử đất sột phõn tỏn, cỏc sợi ngắn vỡ dụ như ống nanocacbon hoặc sợi dài vỡ dụ như sợi mang điện.
Một số loại phần tử nano khỏc cú thể tăng cường cỏc đặc tỡnh quang học, điện mụi hoặc cơ tỡnh như độ cứng và độ bền. Núi chung, chất tăng cường nano được phõn tỏn vào trong chất nền trong quỏ trớnh chế biến. Tỷ lệ phần trăm trọng lượng (được gọi là phần khối lượng) của cỏc phần tử nano cú thể rất thấp (từ 0,5% đến 5%) do ngưỡng thấm thấp của chất độn, đặc biệt là đối với phần lớn chất độn khụng phải hớnh cầu thường được sử dụng, tỉ lệ này cao (vỡ dụ: phiến mỏng cỡ nanomet, như đất sột, hoặc hớnh trụ đường kỡnh nanomet, như ống nanocarbon).
Mà như chỳng ta đều biết, vật liệu ở kỡch thước nano sẽ cú những tỡnh chất vụ cựng đặc biệt dựa trờn cơ sở khoa học sau:
1.4.1.1. 1. Chuyển tiếp từ tớnh chất cổ điển đến tớnh chất lượng tử
Đối với vật liệu vĩ mụ gồm rất nhiều nguyờn tử, cỏc hiệu ứng lượng tử được trung bớnh húa với rất nhiều nguyờn tử (1 àm3
cú khoảng 1012 nguyờn tử) và cú thể bỏ qua cỏc thăng giỏng ngẫu nhiờn. Nhưng cỏc cấu trỳc nano cú ỡt nguyờn tử hơn thớ cỏc tỡnh chất lượng tử thể hiện rừ ràng hơn. Vỡ dụ một chấm lượng tử cú thể được coi như một đại nguyờn tử, nú cú cỏc mức năng lượng giống như một nguyờn tử.
1.4.1.1. 2. Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu cú kỡch thước nm, cỏc số nguyờn tử nằm trờn bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đỏng kể so với tổng số nguyờn tử. Chỡnh vớ vậy cỏc hiệu ứng cú
- 31 -
liờn quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nờn quan trọng làm cho tỡnh chất của vật liệu cú kỡch thước nanomet khỏc biệt so với vật liệu ở dạng khối.
1.4.1.1. 3. Kớch thước tới hạn
Cỏc tỡnh chất vật lý, húa học của cỏc vật liệu đều cú một giới hạn về kỡch thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kỡch thước này thớ tỡnh chất của nú hoàn toàn bị thay đổi. Người ta gọi đú là kỡch thước tới hạn. Vật liệu nano cú tỡnh chất đặc biệt là do kỡch thước của nú cú thể so sỏnh được với kỡch thước tới hạn của cỏc tỡnh chất của vật liệu. Vỡ dụ điện trở của một kim loại tuõn theo định luật Ohm ở kỡch thước vĩ mụ mà ta thấy hàng ngày. Nếu ta giảm kỡch thước của vật liệu xuống nhỏ hơn quóng đường tự do trung bớnh của điện tử trong kim loại, mà thường cú giỏ trị từ vài đến vài trăm nm, thớ định luật Ohm khụng cũn đỳng nữa. Lỳc đú điện trở của vật cú kỡch thước nano sẽ tuõn theo cỏc quy tắc lượng tử. Khụng phải bất cứ vật liệu nào cú kỡch thước nano đều cú tỡnh chất khỏc biệt mà nú phụ thuộc vào tỡnh chất mà nú được nghiờn cứu.
Cỏc tỡnh chất khỏc như tỡnh chất điện, tỡnh chất từ, tỡnh chất quang và cỏc tỡnh chất húa học khỏc đều cú độ dài tới hạn trong khoảng nm. Chỡnh vớ thế mà người ta gọi ngành khoa học và cụng nghệ liờn quan là khoa học nano và cụng nghệ nano.
Như vậy cú thể thấy, những vi cấu trỳc này là một trạng thỏi độc nhất của vật chất cú những hứa hẹn đặc biệt cho những sản phẩm mới và rất hữu dụng. Cỏc hạt rắn pha thứ 2 nếu được sử dụng ở kỡch thước nanomet sẽ cú được những hiệu quả đặc biệt, hứa hẹn khả năng chống mài mũn, ăn mũn rất cao.