гибридные материалы

Термин

гибридные материалы

Термин на английском

hybrid materials

Синонимы

Аббревиатуры

Связанные термины

биомиметические наноматериалы, композиционные материалы, полимерные

Определение

Материалы, полученные за счет взаимодействия химически различных составляющих (компонентов), чаще всего органических и неорганических, формирующих определенную (кристаллическую, пространственную) структуру, отличающуюся от структур исходных реагентов, но часто наследующую определенные мотивы исходных структур.

Описание

Если "основа" материала - органическая (полимерные и др. структуры), то такие материалы называют неоргано-органическими; если же наоборот - органо-неорганическими (металлокомплексные каркасные структуры, модифицированые материалы на основе глин, цеолитов и пр.). В ряде случаев смесь пространственно распределенных фаз (композит, нанокомпозит) тоже считают гибридным материалом, например, если наночастицы или нановолокна находятся в полимерной матрице, однако правильнее относить к  гибридным лишь композиты с достаточно очевидным химическим взаимодействием между компонентами. Этому определению соответствуют и многие супрамолекулярные соединения, в том числе металлокомплексные, но их обычно рассматривают как отдельный класс материалов. Иногда к гибридным материалам относят также наночастицы с химически модифицированной поверхностью.

Основные методы получения гибридных материалов - интеркаляционный, темплатный синтез, золь-гель процесс, гидротермальная обработка. Для природных композитов размер неорганических частиц лежит в пределах от нескольких микрон до нескольких миллиметров, и поэтому материал получается неоднородным, что иногда можно заметить даже невооруженным глазом. Если уменьшать размер неорганических частиц такого материала до размера молекул органической части (несколько нанометров), то можно повысить однородность композита и получить улучшенные или даже абсолютно новые свойства материала. Такие вещества часто называют гибридными наноматериалами.

Неорганическими строительными блоками таких материалов могут являться наночастицы, макромолекулы, нанотрубки, слоистые вещества (включая глины, слоистые двойные гидроксиды, ксерогели на основе оксида ванадия). Число органических строительных блоков огромно, поэтому количество возможных комбинаций органических и неорганических блоков очень велико. В зависимости от назначения гибридные материалы разделяют на конструкционные, функциональные (полифункциональные), бионеорганические. Так, вещества, состоящие из неорганической матрицы, образованной различными силикатами, с включениями органических молекул применяют как фотохромные (изменяющие цвет при облучении светом) и электрохромные (изменяющие цвет при пропускании электрического заряда) материалы, оптические свойства которых можно менять, изменяя органическую составляющую. 

Очень широкая область применения связана с созданием различных покрытий на основе гибридных материалов, которые могут обладать повышенной механической прочностью и устойчивостью к царапинам. Существует также возможность введения в такие композиты дополнительных компонентов, что придает покрытию специфические, например, гидрофобные свойства. Типичной областью применения гибридных материалов в медицине является протезирование, поскольку такие материалы обладают механической прочностью за счет неорганической части и хорошей биосовместимостью за счет органических молекул. Гибридные твердые электролиты сочетают ион- и электронпроводящие свойства различных органических молекул с термостойкостью и прочностью неорганической матрицы. Одно из самых перспективных применений гибридных функциональных материалов, прежде всего на основе различных морфологических производных оксидов ванадия, - электродные материалы для современных химических источников тока. Гибридные материалы применяются для производства гетероповерхностных сорбентов для хроматографии, сенсоров, гетерогенных катализаторов, магнитных жидкостей, подложек для иммобилизации ферментов, а также сорбентов тяжёлых металлов и органических загрязнителей.

Авторы

• Гудилин Евгений Алексеевич, д.х.н.
• Шляхтин Олег Александрович, к.х.н.

Ссылки

1. Гибридные материалы ZnO-PMMA / Сайт "Нанометр" URL: http://www.nanometer.ru/2007/12/10/quantum_dots_5372.html (дата обращения 01.10.2009)
2. Функциональные гибридные материалы URL: http://www.materialstoday.com/view/2086/functional-hybrid-materials-/ (дата обращения 01.10.2009)

Иллюстрации

Нанотрубки на основе пентаоксида ванадия - типичный пример гибридного наноматериала. В их структуре слои "ванадий - кислород" перемежаются структурно-направляющим темплатом - молекулами поверхностно-активного вещества, химически связанного с неорганическим слоями и скрученного вместе с ними в "нанотрубку" или "наносвиток". Такие нанотубулены формируются при гидротермальной обработке оксида ванадия (V) в присутствии поверхностно-активных веществ (гексадециламин и др.). Источник: http://www.nanometer.ru/2007/06/15/nanotubes_3581.html

Фотолюминесценция композитов ZnO-PMMA Источник: http://www.nanometer.ru/2007/12/10/quantum_dots_5372.html

Теги

гибридные материалы

Разделы

Нанокапсулирование лекарственных препаратов
Диагностические методы на микро(нано)флюидной основе
Наноструктурированные полимеры, волокна и композиты на их основе
Сорбенты на основе коллоидных систем
Слоистые магнитные материалы и сверхрешетки
Сенсорные нанокомпозиты
Интеркаляционные материалы и твердые электролиты для химических источников тока, конденсаторов и т.д.
Тестирование функциональных свойств и их стабильности (указать: каталитических, деградационных, механических, трибологических, биологической активности и т.п.)
Фемто- и наносекундная спектроскопия
Электронная спектроскопия
Дифракционные методы (рентгеновские, электронные, нейтронные)
Люминесцентная микроскопия
Формирование наноматериалов с использованием биологических систем и/или методов
Криохимия
Золь-гель-технологии
Химическое осаждение из растворов
Технология Лэнгмюра-Блоджетт
Нанотехнологии и наноматериалы в медицине (диагностика, системы доставки лекарств, эксипиенты, восстановление тканей и органов, другое)
Нанопористые материалы (мембраны, фильтры и другое) и устройства на их основе
Органические и полимерные наноматериалы и волокна
Наноструктурированные катализаторы и устройства на их основе
Объемные конструкционные и функциональные наноструктурированные материалы и покрытия (металлы и сплавы, керамика, цементы, композиты и гибриды)
Сенсоры и эффекторы на основе наноматериалов
Нанотехнологии в фотонике и оптоэлектронике, компонентная база и устройства
Спинтроника и устройства на ее основе
Молекулярная электроника и устройства на ее основе
Наноэлектроника, компонентная база и устройства
Слоистые материалы с характерными размерами фрагментов порядка постоянной решетки
Твердотельные гибридные и гетероструктуры на основе полупроводников, металлов и магнетиков
Нанотрубки и нанопроволоки

(Источник: «Словарь основных нанотехнологических терминов РОСНАНО»)