Un nanocomposito è un materiale artificiale progettato per migliorare le prestazioni in un numero qualsiasi di applicazioni uniche: strutturale, funzionale o cosmetica. Come con altri compositi, il nanocomposito include un mezzo di base, o matrice, composto da plastica, metallo o ceramica combinata con nanoparticelle in sospensione. Le particelle di riempitivo sono molto più piccole di quelle dei compositi normali e hanno le dimensioni di grandi molecole, almeno cento volte più piccole del nucleo di una cellula uovo umana.
Il mezzo di base solido di un nanocomposito inizia come un liquido che può essere spruzzato su una superficie, estruso o iniettato in uno stampo. Le particelle di riempitivo funzionano a seconda della loro forma: rotonde, come una palla, o lunghe e sottili, come un tubo. I fullereni, nanoparticelle composte interamente da atomi di carbonio come buckyball o nanotubi, sono ordini di grandezza più piccoli delle fibre di carbonio o dei riempitivi di perline che si trovano nei compositi normali. Questi fullereni possono trasportare qualsiasi numero di molecole reattive utilizzate nelle applicazioni medicinali.
Minore è la dimensione delle particelle di riempitivo in sospensione all’interno del mezzo di base, maggiore è la superficie disponibile per l’interazione e maggiore è il potenziale di influenzare le proprietà del materiale. Nelle fasi di formatura dei nanocompositi, il mezzo di base deve fluire facilmente negli stampi. Con alcune applicazioni, il riempitivo deve allinearsi e non interrompere il flusso in direzioni specifiche in cui è richiesta forza o conduttività. I riempitivi con elevati rapporti lunghezza-larghezza si allineano bene nel flusso di una base liquida che deve ancora diventare solida.
L’aumento della superficie delle particelle più piccole nei nanocompositi forza la loro diffusione e le costringe a essere distribuite in modo più uniforme, con conseguente proprietà del materiale più coerenti. L’aggregazione di nanoparticelle durante il flusso e l’indurimento del mezzo di base è causato da cariche atomiche residue o quando le particelle ramificate si aggrovigliano mentre fluiscono l’una nell’altra. L’aggregazione indesiderata e irregolare contribuisce alle sollecitazioni residue nel materiale quando il mezzo di base diventa solido. Le distribuzioni irregolari delle nanoparticelle in posizioni critiche potrebbero causare il fallimento di un progetto, l’arresto del funzionamento o la rottura. Un metodo che garantisce una distribuzione uniforme delle particelle è la sonochimica, in cui, in presenza di onde ultrasoniche, si formano bolle che collassano, disperdendo le nanoparticelle in modo più uniforme.
Delle numerose applicazioni per i materiali nanocompositi, alcune di interesse sono elettroniche, ottiche e biomediche. I nanocompositi che combinano un mezzo a base polimerica con nanotubi di carbonio sono utilizzati nel confezionamento di componenti elettronici che richiedono alloggiamenti per dissipare le cariche elettriche statiche e gli accumuli termici. Per la trasparenza ottica, le nanoparticelle di dimensioni ottimali non disperdono la luce ma le consentono di passare mentre aggiungono forza al materiale. Nel fotovoltaico, più piccole sono le particelle, maggiore è l’assorbimento solare, con conseguente maggiore produzione di energia elettrica. Le nanoparticelle nelle lenti a contatto, formate da una base polimerica, cambiano colore a seconda della quantità di glucosio nel liquido lacrimale del paziente, indicando la necessità di insulina di un diabetico.