Mikrokompozitlerde olduğu gibi, nanokompozitler de matris
malzemeye göre üç sınıf altında toplanabilir:(Şekil-8).
·
Polimer Matris Nanokompozitler (PMNC): Örneğin,
termoplastik/termoset polimer/tabakalı silikatlar, poliester/TiO2, polimer/CNT
(karbon nanotüp), polimer /tabakalı çift hidroksitler.
·
Metal Matris Nanokompozitler (MMNC): Örneğin, Fe-Cr/Al2O3, Ni/Al2O3, Co/Cr, Fe/MgO, Al/CNT, Mg/CNT.
·
Seramik Matris Nanokompozitler (CMNC): Örneğin, Al2O3/SiO2,
SiO2/Ni, Al2O3/TiO2, Al2O3/SiC,
Al2O3/CNT.
Diğer bir sınıflandırma sisteminde nanokompozitin içerdiği
organik ve inorganik maddeler dikkate alınmıştır.
·
İnorganik-inorganik nanokompozitler: Organik
matriste inorganik dolgu malzemelerinin bulunduğu nanokompozitler.
·
Organik-organik nanokompozitler: Organik
matriste organik dolgu malzemelerin bulunduğu nanokompozitler.
·
Hibrid malzemeler.
Şekil-9: Nanokompozitlerin yapılarına göre sınıflandırılması
Nanokompozitler içerdiği fazlar ve/veya malzemeler dikkate
alındığında çeşitli kaynaklar tarafından farklı şekillerde
sınıflandırılmaktadır. Örneğin yapılarına göre nanokompozitler iki temel
sınıfta toplanmıştır (Şekil-9)
1. Mikrokristal matris (mikro-nano tip) nanokompozitler: Bu
gruptaki nanokompozitlerde ikinci fazın nanometre boyutlardaki tanecikleri
(küresel, fiberimsi, levha şekilli) matris zerreciklerinin (grain) ,
intergranüler, intragranüler veya intergranüler/intragranüler bölgelerinde
dağıtılır.
2. Nanokristal matris nanokompozitler:
·
Nano-nano tip nanokompozitler: Nanokristalin bir
matriste nanokristalin fazlar veya amorf malzemelerin bulunduğu
nanokompozitler.
·
Nano-fiber tip nanokompozitler: Nanokristalin
bir matriste nanoboyutlu fiberlerin dağıtıldığı nanokompozitler.
·
Nano-nanotabaka tip nanokompozitler: İkinci
fazın nanotabakalarında nanokristalin zerreciklerin bulunduğu nanokompozitler.
Polimerik ürünler üretimlerinin kolay olması, hafifliği ve
genellikle yumuşak olmalarından dolayı endüstride çok kullanılan malzemelerdir.
Ancak, metaller ve seramiklerle kıyaslandığında kuvvet ve modüllerinin daha
düşük olması gibi dezavantajları da vardır. Bu olumsuzluklar polimer matrislere
fiberler, whiskerler, plateletler veya partiküller gibi takviye malzemeler
ilave edilerek giderilebilir. Bu amaçlarla kullanılan nano boyutlarda takviye
malzemelerin verimi, mikro skalalı takviye malzemelere göre çok daha yüksektir.
İletken polimer bazlı nanokompozitler oldukça yeni
malzemelerdir. Tüm iletken polimer bazlı kompozit sistemlerin kontrolü ve
fiziksel özelliklerinin (elektriksel iletkenlik ve koloidal kararlılık gibi)
optimizasyonu incelenmiş, ticari uygulanabilirlikleri ve malzeme bilimine
adaptasyonları üzerinde çalışmalar yapılmaktadır.
Biyoparçalanabilir polimer bazlı nanokompozitlerin içerdiği
matris ve tabakalı (montmorillonite) nanokompozitlerin hazırlanması,
tanımlanması, ve kristalizasyon davranışları ve ergime reolojileri gibi
özelliklerin incelenmesiyle ilgili geniş araştırmalar yapılmış ve yapılmaya
devam edilmektedir. Biyoparçalanabilir polimerli nanotakviyeler çevre dostu
malzemeler üretiminde önemli sistemlerdir. Örneğin, polilaktid/tabakalı
silikatlar gibi.
Metal matris nanokompozitler (MMNC), bazı nano boyutlu
takviye malzemelerle biçimlendirilebilir (ductile) bir metal veya alaşım
matrisin kombinasyonudur. Bu tür
malzemeler, hem metal ve hem de seramik özelliklerini taşırlar; yüksek
modül, yüksek kuvvet, dayanıklılık ve ductilite gibi.
Seramikler aşınmaya dayanıklı, termal ve kimyasal
kararlılıkları yüksek malzemeler olmasına rağmen kolay kırılabilir ve
dayanıksızdır; dolayısıyla endüstriyel uygulamalar için yetersizdir. Bu
olumsuzluğun giderilmesi için seramik matris nanokompozitler (CMNC) üzerinde
pek çok çalışma yapılmıştır. Seramik matrisin, örneğin whiskerler, fiberler,
plateletler veya partiküller gibi enerji dağıtıcı komponentlerle biraraya
getirilmesiyle kırılma dayanıklılığı yükselir. Takviye malzemeler çatlamayı
saptırarak, köprüleme yaratarak çatlama ve kırılmayı engeller.
Karbon nanotüpler (CNT) son yıllarda üzerinde çeşitli ve çok
sayıda araştırma ve inceleme yapılan nanoskopik takviye malzemelerdir.
CNT’lerin gerilme özellikleri, elektrik ve termal iletkenlikleri çok yüksektir.
Tipik bir karbon fibere göre (eşdeğer hacim fraksiyonu bazında) 500 kat daha
fazla yüzey alanına sahiptir, aspect oranı yüksektir (~1000). CNT’ler boşluklu
yapılar oluğundan biyolojik molekülleri kolaylıkla içine alabilecek
malzemelerdir.
Nanokompozit kaplama, bir nanokristalin faz ile bir amorf
hal, veya iki nanokristalin fazdan oluşan, en az iki falı bir sistemdir.
Nanokompozit kaplamalar sert malzemelerdir, sertlikler genellikle >20
GPa’dır. 40 GPa’dan daha yüksek sertlikte olan nano kaplamalar süper sert, 80
GPa’ın üstündekiler de ultra-sert malzemeler olarak tanımlanır. Nanoyapılı
malzemelerin dizaynında çok çeşitli faktörler dikkate alınmalıdır; arayüz
hacmi, kristalit boyutu, tek tabaka kalınlığı, yüzey ve arayüzey kalınlığı,
doku, epiaksiyal gerilme-gevşeme, v.s. gibi. Nanoyapılı kaplamalar üstün optik,
magnetik, elektronik, katalitik, mekanik kimyasal ve tribolojik özellikleri
nedeniyle yüksek hızda talaşlı imalat (High Speed Machining) endüstriyel
uygulamalara uygun malzemelerdir. Nanoyapılı kaplamalar çeşitlidir;
nanokompozit kaplamalar, nano-skala çok tabakalı kaplamalar, süperlatis
kaplamalar, nano-grade kaplamalar, v.s.
