Un nanocomposite est un matériau synthétique conçu pour des performances améliorées dans un certain nombre d’applications uniques : structurelles, fonctionnelles ou cosmétiques. Comme pour les autres composites, le nanocomposite comprend un milieu de base, ou matrice, composé de plastique, de métal ou de céramique associé à des nanoparticules en suspension. Les particules de remplissage sont beaucoup plus petites que celles des composites ordinaires et ont la taille de grosses molécules, au moins cent fois plus petites que le noyau d’un ovule humain.
Le milieu de base solide d’un nanocomposite commence comme un liquide qui peut être pulvérisé sur une surface, extrudé ou injecté dans un moule. Les particules de remplissage fonctionnent selon leur forme : ronde, comme une boule, ou longue et fine, comme un tube. Les fullerènes, des nanoparticules entièrement composées d’atomes de carbone tels que les buckyballs ou les nanotubes, sont des ordres de grandeur plus petits que les fibres de carbone ou les charges de billes trouvées dans les composites ordinaires. Ces fullerènes peuvent transporter un nombre quelconque de molécules réactives utilisées dans des applications médicinales.
Plus la taille des particules de charge en suspension dans le milieu de base est petite, plus la surface disponible pour l’interaction est grande et plus le potentiel d’affecter les propriétés du matériau est grand. Dans les étapes de formation des nanocomposites, le milieu de base doit s’écouler facilement dans des moules. Avec certaines applications, la charge doit s’aligner avec, et ne pas perturber, l’écoulement dans des directions spécifiques où la force ou la conductivité est requise. Les charges avec des rapports longueur/largeur élevés s’alignent bien dans le flux d’une base liquide qui n’est pas encore devenue solide.
La surface accrue des particules plus petites dans les nanocomposites force leur diffusion et les oblige à être réparties plus uniformément, ce qui entraîne des propriétés de matériau plus cohérentes. L’agglutination des nanoparticules lors de l’écoulement et de la prise du milieu de base est provoquée par des charges atomiques résiduelles ou lors de l’enchevêtrement des particules ramifiées lorsqu’elles s’écoulent les unes dans les autres. L’agglutination indésirable et inégale contribue aux contraintes résiduelles dans le matériau lorsque le support de base devient solide. Des distributions inégales de nanoparticules dans des emplacements critiques pourraient entraîner l’échec d’une conception, l’arrêt de son fonctionnement ou sa rupture. Une méthode garantissant une répartition uniforme des particules est la sonochimie, dans laquelle, en présence d’ondes ultrasonores, des bulles se forment et s’effondrent, dispersant les nanoparticules de manière plus uniforme.
Parmi les nombreuses applications des matériaux nanocomposites, quelques-unes d’intérêt sont électroniques, optiques et biomédicales. Les nanocomposites combinant un support à base de polymère avec des nanotubes de carbone sont utilisés dans l’emballage d’électronique qui nécessitent des boîtiers pour dissiper les charges électriques statiques et les accumulations thermiques. Pour la transparence optique, les nanoparticules d’une taille optimale ne diffuseront pas la lumière mais la laisseront passer tout en ajoutant de la résistance au matériau. Dans le photovoltaïque, plus les particules sont petites, plus l’absorption solaire est importante, ce qui entraîne une plus grande production d’électricité. Les nanoparticules dans les lentilles de contact, formées d’une base polymère, changent de couleur en fonction de la quantité de glucose dans le liquide lacrymal du patient, indiquant le besoin d’un diabétique en insuline.