Ein Nanokomposit ist ein künstlich hergestelltes Material, das für eine verbesserte Leistung in einer Vielzahl einzigartiger Anwendungen entwickelt wurde: strukturell, funktional oder kosmetisch. Wie bei anderen Verbundwerkstoffen umfasst der Nanoverbundwerkstoff ein Basismedium oder eine Matrix, bestehend aus Kunststoff, Metall oder Keramik, kombiniert mit Nanopartikeln in Suspension. Die Füllstoffpartikel sind viel kleiner als die in normalen Kompositen und haben die Größe großer Moleküle, mindestens hundertmal kleiner als der Zellkern einer menschlichen Eizelle.
Das feste Basismedium eines Nanocomposites beginnt als Flüssigkeit, die auf eine Oberfläche gesprüht, extrudiert oder in eine Form gespritzt werden kann. Die Füllstoffpartikel funktionieren je nach Form: rund wie eine Kugel oder lang und dünn wie eine Röhre. Fullerene, Nanopartikel, die vollständig aus Kohlenstoffatomen bestehen, wie Buckyballs oder Nanotubes, sind um Größenordnungen kleiner als die Kohlenstofffasern oder Perlenfüllstoffe, die in normalen Verbundwerkstoffen vorkommen. Diese Fullerene können eine beliebige Anzahl reaktiver Moleküle tragen, die in medizinischen Anwendungen verwendet werden.
Je kleiner die im Grundmedium suspendierten Füllstoffpartikel sind, desto größer ist die für die Wechselwirkung verfügbare Oberfläche und desto größer ist das Potenzial, die Materialeigenschaften zu beeinflussen. In der Formgebung von Nanokompositen muss das Grundmedium leicht in Formen fließen. Bei einigen Anwendungen muss sich der Füllstoff auf den Fluss in bestimmten Richtungen ausrichten und ihn nicht stören, wenn Festigkeit oder Leitfähigkeit erforderlich sind. Füllstoffe mit hohen Längen-zu-Breiten-Verhältnissen richten sich gut im Fluss einer noch nicht fest gewordenen flüssigen Basis aus.
Die vergrößerte Oberfläche der kleineren Partikel in Nanokompositen erzwingt ihre Diffusion und zwingt sie zu einer gleichmäßigeren Verteilung, was zu konsistenteren Materialeigenschaften führt. Das Verklumpen von Nanopartikeln während des Fließens und Abbindens des Grundmediums wird durch Restatomladungen verursacht oder wenn sich verzweigende Partikel beim Ineinanderfließen verheddern. Unerwünschte und ungleichmäßige Verklumpungen tragen zu Eigenspannungen im Material bei, wenn das Grundmedium fest wird. Ungleichmäßige Nanopartikelverteilungen an kritischen Stellen können dazu führen, dass ein Design versagt, nicht mehr funktioniert oder kaputt geht. Eine Methode, die eine gleichmäßige Verteilung der Partikel garantiert, ist die Sonochemie, bei der – in Gegenwart von Ultraschallwellen – Blasen gebildet werden und kollabieren, wodurch die Nanopartikel gleichmäßiger verteilt werden.
Von den vielen Anwendungen für Nanokompositmaterialien sind einige von Interesse elektronische, optische und biomedizinische. Nanokomposite, die ein Polymerbasismedium mit Kohlenstoffnanoröhren kombinieren, werden in der Verpackung von Elektronik verwendet, die Gehäuse benötigt, um statische elektrische Aufladungen und Wärmestaus abzuleiten. Für optische Transparenz streuen Nanopartikel einer optimalen Größe das Licht nicht, sondern lassen es durch, während sie dem Material noch Festigkeit verleihen. In der Photovoltaik gilt: Je kleiner die Partikel, desto größer die solare Absorption, was zu einer höheren Stromproduktion führt. Nanopartikel in Kontaktlinsen auf Polymerbasis ändern ihre Farbe je nach Glukosemenge in der Tränenflüssigkeit des Patienten und weisen auf den Insulinbedarf eines Diabetikers hin.