Nanoparçacıkların polimer matrislerle birleştirilmesi, malzemelere antioksidan özellikler, UV koruması, gelişmiş mekanik dayanım veya elektriksel iletkenlik gibi yepyeni işlevler kazandırır. Ceria (Seryum Oksit, CeO2) nanoparçacıkları, benzersiz antioksidan ve serbest radikal yakalama yetenekleri sayesinde, özellikle biyomalzemeler, kaplamalar ve sensörler için ideal dolgu maddesidir.
Ancak, bu üstün özelliklerin kompozit malzemeye tam olarak aktarılabilmesi için, Ceria nanoparçacıklarının polimer matris içerisinde homojen ve topaklanmadan (agglomeration) dağıtılması gerekir.
İn-situ (yerinde) polimerizasyon, nanomalzeme bilimindeki en zarif ve etkili yöntemlerden biridir.
Ceria nanoparçacıkları, polimerin monomerleri (polimerin yapı taşları) ve başlatıcıları içeren çözelti içine dağıtılır. Daha sonra polimerizasyon başlatılır. Polimer zincirleri, nanoparçacıkların çevresinde, doğrudan matrisin içinde büyür.
Mükemmel Dağılım: Nanoparçacıklar polimer zincirleri tarafından sarıldığı için, topaklanma riski azalır ve en homojen dağılım sağlanır.
Güçlü Arayüzey: Polimer ile nanoparçacık arasında güçlü bir kimyasal veya fiziksel etkileşim oluşur. Bu, kompozitin mekanik ve termal özelliklerini en üst düzeye çıkarır.
Kimyasal Zorluk: Nanoparçacıkların yüzeyinin, polimerizasyon reaksiyonunu etkilemeyecek şekilde hazırlanması veya aktive edilmesi gerekir.
Ölçeklendirme Zorluğu: Endüstriyel ölçekte kontrolü zor olabilir.
Çözelti karıştırma, nanoparçacık-polimer kompozitleri hazırlamanın en yaygın ve basit yoludur.
Polimer uygun bir çözücüde çözülür. Önceden hazırlanmış Ceria nanoparçacıkları, ultrasonik dalgalar veya yüksek hızlı karıştırma ile çözelti içinde dağıtılır. Çözücü daha sonra buharlaştırılarak kompozit film veya kütle elde edilir.
Basitlik ve Düşük Maliyet: Ekipman gereksinimi düşüktür ve süreç hızlıdır.
Geniş Uygulanabilirlik: Farklı türde polimer ve nanoparçacıklar için kolayca uyarlanabilir.
Homojenlik Sorunu: Nanoparçacıklar çözeltiden ayrılıp çökelme eğilimi gösterebilir. Çözücü buharlaşırken topaklanma riski yüksektir.
Ön Yüzey İşlemi Gereksinimi: Çoğu zaman Ceria yüzeyinin (örneğin silanlar ile) kimyasal olarak işlenmesi gerekir ki, polimer ile daha iyi etkileşime girsin.
Erime karıştırma, termoplastik polimerlerin işlenmesinde endüstriyel olarak en çok tercih edilen yöntemdir.
Polimer, erime sıcaklığının üzerine ısıtılır. Ceria nanoparçacıkları, bu eriyik haldeki polimer içine ekstrüzyon veya karıştırma cihazları (örneğin çift vidalı ekstrüder) kullanılarak yüksek kesme kuvveti altında dağıtılır.
Solvent Gereksinimi Yok: Çevre dostu ve çözücü kalıntısı riski yok.
Yüksek Üretim Hızı: Endüstriyel ve seri üretim için idealdir.
Yüksek Kesme Kuvveti: Yüksek kesme kuvvetine rağmen topaklanmayı önlemek zordur, çünkü eriyik polimerin viskozitesi (akmaya karşı direnci) yüksektir.
Termal Bozunma Riski: Yüksek sıcaklıklar, bazı hassas polimerlerin veya Ceria nanoparçacıklarının yüzey kimyasının bozulmasına neden olabilir.
Ceria nanoparçacıklarının polimer matrisle kompozitlenmesinde "en iyi" tek bir yöntem yoktur.
Yüksek Performans ve Araştırma Amaçlı: İn-situ polimerizasyon, üstün arayüzey ve dağılım sunar.
Düşük Maliyetli ve Basit Üretim: Çözelti karıştırma, yüzey işlemi ile desteklenerek kullanılabilir.
Seri Üretim ve Termoplastikler: Erime karıştırma, endüstriyel ölçekte en uygun seçenektir.
Seçilecek yöntem, kompozitten beklenen performansa, kullanılan polimerin türüne ve üretim ölçeğine bağlı olarak dikkatlice belirlenmelidir. Ceria'nın potansiyelini tam olarak kullanmak, homojen ve kararlı bir dağılım ile başlar.
