隨著幾乎每個(gè)領(lǐng)域的納米技術(shù)不斷進(jìn)步，不斷增長(zhǎng)的納米復(fù)合材料的使用越來(lái)越具有工業(yè)價(jià)值。納米復(fù)合材料可以是一維、二維或者三維的顆粒（<100 nm），通過(guò)添加這些顆粒來(lái)提高材料的某些性能。復(fù)合材料的存在可以加強(qiáng)某些性能，如硬度、熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率、拉伸強(qiáng)度、密度、延展性以及耐磨性等。
納米復(fù)合材料可以是金屬、聚合物，或者是陶瓷。即使已經(jīng)合成了大量的金屬基納米復(fù)合材料（MMNCs），但其仍處于早期的開(kāi)發(fā)階段。
MMNCs可以通過(guò)粉末冶金、變形、氣相合成以及凝固過(guò)程等手段來(lái)制備。粉末冶金首先是將粉末金屬和增強(qiáng)材料混合，然后燒結(jié)成復(fù)合材料。這種機(jī)制已經(jīng)合成了大量的MMNCs，如Mg-SiC、Al-CNT (碳納米管)、Cu-CNT和Ti-SiC。
凝固過(guò)程是這些方法中最便宜的，包括三種不同的機(jī)制：快速凝固、在液相中混合納米增強(qiáng)材料在液相中混合、液體滲透到增強(qiáng)材料中再凝固。這種機(jī)制同樣也已經(jīng)合成了多種MMNCs，如Al-SiC、Mg-SiC、Al-CNT、Al-Diamond和Zn-SiC。
每一種金屬納米復(fù)合材料精確提高性能的能力依賴(lài)于多種因素，如增強(qiáng)材料的性質(zhì)和分布，以及增強(qiáng)材料與基體之間的強(qiáng)度。一個(gè)例子就是Al-CNT復(fù)合材料，處理過(guò)程中會(huì)形成碳化鋁。這種脆性材料的形成將會(huì)影響納米復(fù)合材料的機(jī)械性能和導(dǎo)電性。為了抑制這種處理中斷，保證納米材料的均勻性，盡可能減少這種有害反應(yīng)的發(fā)生，已有多種方法正在開(kāi)發(fā)中。
2D晶體組裝成自然界不存在的3D異質(zhì)結(jié)構(gòu)，因低維度和特殊晶體結(jié)構(gòu)，而具有特殊的物理性質(zhì)。圖片來(lái)源：曼徹斯特大學(xué)（University of Manchester）
工業(yè)應(yīng)用（Industry Applications）
MMNCs已成功應(yīng)用于汽車(chē)、航天航空等行業(yè)，并表現(xiàn)出更大的強(qiáng)度和安全性。比如說(shuō)，納米復(fù)合材料可以增強(qiáng)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)組件和飛機(jī)腹鰭的耐磨性和熱導(dǎo)率，從而具有更高的強(qiáng)度。納米復(fù)合材料預(yù)計(jì)能顯著節(jié)約材料和能源，需要對(duì)加工機(jī)制進(jìn)一步研究，以更低的價(jià)格制備塊材材料，盡可能避免甚至使其沒(méi)有缺陷。
納米復(fù)合材料也在航天航空領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用，如碳納米管和納米粘土、碳纖維、玻璃纖維、碳-碳復(fù)合材料以及其他多層結(jié)構(gòu)。這些復(fù)合材料主要集中在基體的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)上。比如說(shuō)，碳纖維是一種具有令人難以置信的硬度和強(qiáng)度的增強(qiáng)材料，當(dāng)將其加入到聚合物等基體中后，復(fù)合材料整體表現(xiàn)出多種優(yōu)勢(shì)性能。
同樣的，陶瓷納米涂層，如ZrO2，已被用于航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上，起到熱保護(hù)作用。這些單層或多層的保護(hù)層隔阻溫度，防止腐蝕和磨損。
石墨烯復(fù)合材料（Graphene Composites）
通常利用石墨烯輕質(zhì)、透明、強(qiáng)度大以及導(dǎo)電和導(dǎo)熱性來(lái)增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料。之前，由于石墨烯薄片間存在弱連接，實(shí)驗(yàn)室始終無(wú)法將類(lèi)石墨烯材料注入到復(fù)合材料中，這種弱連接通常會(huì)引起團(tuán)聚，從而使復(fù)合材料毫無(wú)規(guī)律。為了避免這個(gè)問(wèn)題，美國(guó)田納西大學(xué)管轄的橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家采用大平面或卷起的5cm*5cm石墨烯片來(lái)合成復(fù)合材料。采用化學(xué)氣相沉積可從金屬催化劑（如銅）碳?xì)浠衔镎魵庵兄苯雍铣墒┢?/span>
石墨烯只有一個(gè)原子的厚度，據(jù)曼徹斯特大學(xué)的描述石墨烯的強(qiáng)度“比鋼鐵高100倍”。作為最知名的二維材料之一，石墨烯有望應(yīng)用于諸多工業(yè)領(lǐng)域，作為添加劑預(yù)計(jì)可增強(qiáng)兩至三倍的物理性能。汽車(chē)和航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用，石墨烯復(fù)合材料提高了產(chǎn)品的機(jī)械、熱學(xué)和電學(xué)性能。
納米復(fù)合材料的發(fā)展（Developing Nanocomposites）
隨著工業(yè)需求不斷上升，各個(gè)組織必須發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用，如開(kāi)發(fā)功能性石墨烯納米復(fù)合材料開(kāi)創(chuàng)性方法的桑德蘭大學(xué)iGCAuto研究合作。iGCAuto獲得歐盟10年億歐元石墨烯旗艦項(xiàng)目的資助，計(jì)劃制備高性能石墨烯復(fù)合材料用以減輕汽車(chē)30%-50%的重量。研究還將解釋石墨烯基愛(ài)聊如何提高強(qiáng)度、穩(wěn)定性、熱性能、阻燃性，甚至減少煙霧排放。該研究希望在工廠中大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯，如采用液相合成石墨烯的愛(ài)爾蘭都柏林三一學(xué)院。研究人員采用液體剝離技術(shù)首次將石墨與溶劑（通常是水）和肥皂混合，存在疑問(wèn)的是剪切石墨烯薄片。
國(guó)際納米復(fù)合材料制造研究所（International Institute for Nanocomposites Manufacturing，IINM）同時(shí)從事基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，以確保安全先進(jìn)納米復(fù)合材料的生產(chǎn)。該組織的目標(biāo)不僅是了解納米顆粒在聚合物熔體中的分散性和分布模式，還希望表征基體與納米顆粒之間的界面作用。該組織所做的研究已在電信、電子、航天、汽車(chē)、安全、醫(yī)藥及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域取得成功應(yīng)用。
Haydale是一家積極參與航天工業(yè)用石墨烯復(fù)合材料開(kāi)發(fā)和供應(yīng)的領(lǐng)先納米材料公司。AZoNano近期的一次采訪中，CEO Ray Gibbs解釋了Haydale Composite Solutions如何與航天機(jī)構(gòu)密切合作，開(kāi)發(fā)出一系列石墨烯基復(fù)合材料。
導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂也是該公司正在開(kāi)發(fā)的一類(lèi)復(fù)合材料，其用于飛機(jī)機(jī)身同樣可以增加碳復(fù)合材料的導(dǎo)電性。這可能否定了目前用于防止雷擊的銅網(wǎng)。
總結(jié)（Conclusion）
納米復(fù)合材料的逐步發(fā)展為無(wú)數(shù)行業(yè)提供了新的廣泛的改進(jìn)方案。大量的納米復(fù)合材料應(yīng)用可能節(jié)省數(shù)百萬(wàn)的開(kāi)支成本，同時(shí)為消費(fèi)者帶來(lái)福利。雖然通過(guò)這些應(yīng)用在科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步，仍然有必要進(jìn)一步分析和實(shí)驗(yàn)，以確保這一前沿技術(shù)的絕對(duì)安全性和可靠性。
