2.3.1Наночастицы
Индивидуальные наночастицы обычно
состоят из не более 
атомов, свойства которых отличаются от
таких же атомов, образующих макрообъемные
вещества.
Наночастицы – образования из связанных
атомов или молекул (кластеров) с размерами
менее 100 нм. Кластер радиусом 1 нм содержит
10-15 атомов, причем большинство из них
находится на поверхности кластера
(многие молекулы , особенно молекулы
биологического происхождения, состоят
из более чем 25 атомов, например,
гемм-молекула 
,
основа гемоглобина, состоит из 75 атомов).
Наночастица как часть объемного материала
- это кластер с размерами меньше
характерных длин некоторых явлений
(расстояние тепловой диффузии, средняя
длина свободного пробега – длина
рассеяния).
К объектам с наноразмерами обычно относят: наночастицы (1-100 нм), кластеры(1 нм), молекулы (0,5 нм), коллоидные частицы (3-100 нм), вирусы (100 нм),(для сравнения - человеческий волос 10-15 мкм,) клетка крови 5-10 мкм, бактерии 1мкм,частицы дыма, пигментов 10нм-1мкм , атомы, диаметр атома углерода 0,142нм,кремния 0,234нм).
Элементарная ячейка арсенида галлия -
0,180 
,
в
23 атома Ga и 22 атома As,
нанокластеры железа (40 нм,
атомов, получение из 
в
сверхсильных световых полях при
воздействии рентгеновских лазерных
импульсов), нанослои аморфного углерода
(10-30нм, получают воздействием сверхкоротких
лазерных импульсов ,используют в
наноэлектронике , оптоэлектронике, для
упрочнения поверхности материалов).
В зависимости от размеров структурных элементов, образующих объемные вещества различной химической природы, различают:
1) квантовые ямы – структуры, состоящие из элементов с размерами в одном измерении, лежащими в нанометровом диапазоне, а в двух других они имеют большие размеры;
2) квантовые нити - структуры с размерами в двух измерениях, лежащими в нанометровом диапазоне, в третьем измерении имеющими большие размеры;
3) квантовые точки (Q-dot) - структуры с размерами в трех измерениях, лежащих в нанометровом диапазоне. Термин «квантовый» используют для того, чтобы подчеркнуть, что в области нанометровых масштабов имеет место изменение, прежде всего, электронных свойств квантомеханической природы.
Наночастицы представляют собой разнообразные квантовые наноструктуры: мульмерные (квантовые точки, до 5 нм), одномерные(квантовые нити, нанотрубки, нановолокна, усы, линейные полимеры),двухмерные (квантовые ямы, графен, пленки Ленгмюра-Блоджета толщиной в 1-несколько атомов, адсорбированных на поверхности, сверхрешетки, нанопористые пленки, биомембраны), трехмерные (0-D,1-D,2-D,3D-структуры, фуллерены, фуллероиды, астралены, пластины, наноглин, биоорганические полимеры, композиционные наноматериалы), фрактальные(«снежинки») и всевозможные их комбинации.
Одним из критериев, отличающим наночастицы,
является соотношение количества атомов,
находящихся на их поверхности, к общему
количеству атомов в частице. В наночастице
диаметром 0,7-0,8 нм, содержащей не более
12 атомов, все они находятся на
поверхности.Величина поверхности может
превышать 600 
/г,
а некомпенсированность валентных
возможностей атомов, находящихся на
поверхности, приводит к высоким значениям
поверхностной энергии [2].
Переход к нанотехнологиям стимулировал совершенствование средств, обеспечивающих исследование и измерение на наноуровне, переход от использования растровой электронной микроскопии (РЭМ) к сканирующей зондовой и атомно-силовой микроскопии.
Перспективными направлениями развития нанотехнологий являются:
1) разработка пленок, покрытий и прежде всего нового поколения дисперсно-наполненных наноразмерными наполнителями из веществ различной химической природы композиционных материалов (нанокомпозитов);
2) разработка элементной базы электроники с предельной (наноразмерной, молекулярного и атомного уровня) миниатюризацией (структуры и изделия наноэлектроники, нанооптоэлектрики).
Наноматериалы – вещества и композиции с нанометрическими характеристическими размерами структурных элементов (нанофаз), с особым проявлением взаимодействий между фазами, обеспечивающих возникновение специфических свойств. Скачкообразное изменение свойств материалов с нанофазами размером 0,2-100 нм (не более 300 нм, оптимум при размере нанофазы менее 10 нм) определяется высоким соотношением величины поверхности нанофазы к ее объему[3].
Объем использования нанотехнологий в различных областях составляет:9% - биотехнологии, 15%- устройства хранения данных, 18% - полупроводники, 2 %- оптика, 3% -электрохимия, 30%- новые материалы, 8% -наномодифицированные полимеры и полимерные материалы.
Технология получения нанокомпозиционного материала зависит от типа наночастиц, которые вводят в полимер. Специфические свойства наночастиц создают определённые сложности для совмещения их и полимерами. Высокая поверхностная энергия наночастиц приводит к их агрегированию, слипанию, они химически активны и при взаимодействии с другими веществами утрачивают свои уникальные свойства.
Получить нанокомпозиционный полимерный материал традиционными технологиями сложно.
Нанокомпозиционные материалы (нанокомпозиты) – материалы с непрерывными полимерными, керамическими, металлическими, углеродными матрицами и дискретными (или непрерывными) нанофазами различного состава и структуры: конструкционные, для высокоэффективной сепарации и избирательного катализа, устойчивые к экстремальным факторам (термоустойчивые, химически-, радиационностойкие), интеллектуальные самодигностирующиеся и адаптирующиеся конструкционные и функциональные, для электронных и фотонных информационных систем для медицины и биотехнологии, радиопоглощающие, с низкой эффективной отражающей способностью в оптическом диапазоне длин волн, с максимально эффективным энерговыделением (в том числе импульсным), с требуемым уровнем триботехнических свойств.
Общая характеристика наноглин
В коммерческих нанотехнологиях чаще всего применяются наполнители из наноразмерных хлопьев силикатов. Такие наночастицы достаточно длинные, но при этом, по крайней мере, вдоль одной из осей их размер составляет около 1 нм. Поскольку обычные глины являются природным минералом, их свойства непостоянны. Чистота глины может влиять на свойства нанокомпозитного материала. Контролируемыми параметрами нанокомпозитов, являются тип глины, чистота глины, тип полимера и метод введения полимера в нанокомпозитный материал. Самым важным параметром является относительная длина наночастиц глины. Для использования оптимальны глины, имеющие пластинчатую структуру с толщиной менее 1 нм и относительную длину от 300 до 1500 нм.
Наиболее часто используемой наноглиной является слоистый алюмосиликат монтмориллонит (ММТ). В отличие от талька и слюды, ММТ может быть расслоен и диспергирован на отдельные слои толщиной 1 нм и шириной примерно от 70 до 150 нм. Расслаивание вызывает существенное увеличение отношения площади поверхности к объему. Глино-полимерные композиты можно разделить на три типа: обычные композиты, нанокомпозиты с включениями и расслоенные нанокомпозиты. Если в полимере частично разделены частицы ММТ (тактоиды), они называются нанокомпозиты с включениями, а при полном разделении на отдельные пластины они называются расслоенными. Для улучшения диспергирования и смешиваемости с полимерной матрицей глина должна быть предварительно модифицирована, т.е. проведена соответствующая обработка поверхности (рисунок 2.5).
Рисунок 2.9 — Расслаивание и диспергирование глины [3].
После этого тактоиды расслаиваются на пластины в результате возникновения сдвиговых напряжений во время смешения в расплаве полимера или при протекании химических реакций во время полимеризации матрицы. В результате включения ММТ в полимерный композит улучшаются его механические свойства, например, модуль упругости, деформационная теплостойкость и сопротивляемость царапанию, увеличиваются теплостойкость, формоустойчивость и огнестойкость; при полном расслоении глины достигаются наилучшие характеристики. Химический состав глины обуславливает наличие на поверхности пластин неорганических катионов, придающих поверхности высокую гидрофильность, и соответственно, несовместимость со многими полимерными смолами. Для успешного образования глино-полимерного нанокомпозита, следует провести соответствующую обработку поверхности, снизив полярность глины, чтобы сделать глину «органофильной». Органофильная глина может быть получена из гидрофильной глины путем замещения неорганических катионов органическими, например, ионами алкиламмония. Кроме ММТ возможно использование других глин, включая гекториты (магнийсиликаты), пластины в которых очень малы, и синтетические глины (например, гидроталькит), которые могут быть получены в очень чистом виде, поверхность их пластин может нести положительные заряды в отличие от отрицательных зарядов на поверхности ММТ.