Основные типы полимерных нанокомпозитов

Нанокомпозиты на силикатной основе с использованием наноглин наиболее распространены, поскольку изготавливаются с помощью простого и рентабельного метода, позволяющего совершенствовать свойства полимеров за счет добавления небольшого количества подходящих специально подобранных наполнителей (органоглин). За счет этого образуются композитные материалы, в которых армирующие частицы распределяются в полимерной матрице на наноразмерном уровне. В зависимости от того, как наполнитель распределяется внутри матрицы, морфология получаемых нанокомпозитов может различаться от так называемых внедренных (интеркалированных) нанокомпозитов с регулярно перемежающимися слоистыми силикатами и монослоями полимеров до расслаивающихся (деламинированных) типов нанокомпозитов, в которых слои силиката беспорядочно и однородно распределяются внутри полимерной матрицы.

Слоистые нанокомпозиты получают на основе керамики и полимеров, но с использованием природных слоистых неорганических структур, таких как монтмориллонит (переходящий в иллит), гекторит (магнийсиликат), пластины в котором очень малы, вермикулит, каолин, сапонит [270]. Применяются 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 монтмориллонита.

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. Tаким образом, соотношение линейных размеров и толщины частиц наполнителя относительно велико и обычно превышает 1000.

Наиболее часто используемой наноглиной является слоистый алюмосиликат монтмориллонит. В отличие от талька и слюды, монтмориллонит может быть расслоен и диспергирован на отдельные слои толщиной 1 нм и шириной примерно от 70 до 150 нм. Это расслаивание и вызывает отмеченное 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 монтмориллонита (тактоиды), они называются нанокомпозитами 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. 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 монтмориллонита 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.

Слои в композитах образуют скопления с зазорами между ними, называемыми прослойками или галереями. Изоморфное замещение внутри слоёв (Mg2+ замещает Al3+) генерирует отрицательные заряды, которые электростатически уравновешиваются катионами щелочных или щёлочноземельных металлов, расположенных в прослойках. Неорганические катионы внутри прослоек могут замещаться другими катионами. Замещение катионными поверхностно-активными веществами, такими, как объёмные алкиламмоний-ионы, увеличивает пространство между слоями и уменьшает поверхностную энергию наполнителя. Таким образом, эти модифицированные наполнители (называемые органоглинозёмами) лучше совмещаются с полимерами и образуют слоисто-полимерные силикатные нанокомпозиты.

Наряду с ионными органическими модификаторами глин могут использоваться и неионные, которые связываются с поверхностью глины за счет водородных связей. В ряде случаев органоглины, полученные с использованием неионных модификаторов, оказываются более химически стабильными, чем органоглины, полученные с использованием катионных модификаторов. Как правило, наименьшая степень десорбции наблюдается в случае неионного взаимодействия между поверхностью глины и органического модификатора. Способность к десорбции сравнивалась при последовательном промывании органоглин деионизированной водой. Неионные модификаторы относительно устойчивы к десорбции – более 80% модификатора остается сорбированным после семи промываний. А в случае катионных модификаторов сорбированными остается только 25% молекул. По всей видимости, водородные связи, образованные между этиленоксидной группой и поверхностью глины, делают эти органоглины химически более стабильными, чем органоглины, полученные по ионному механизму.

Для создания нанокомпозитов с помощью этой технологии с успехом использовалось большое количество полимерных матриц, таких как полистирол, полиацетат, полиэтиленвинилацетат, сополимер этилена и винилового спирта. Тем не менее, из таких неполярных полимеров, как полиолефины, трудно образовывать нанокомпозиты с помощью данного метода из-за невозможности обеспечения сильного полярного взаимодействия между полимерами и органоглинами.

Для повышения расслоения и диспергирования органически модифицированных глин и повышения сцепления добавок в полиолефиновых и стирольных нанокомпозитах, получаемых в расплаве, используются добавки, например, сополимеры малеиновой кислоты и этилена. Но эффективнее применение углеводородных блок-сополимеров, которые содержат функциональные группы аминов, ангидридов, кислот и эпоксидных смол. Изучение методом рентгеновской дифракции показало, что блок-сополимеры эффективнее способствуют расслоению глины при значительно меньшем процентном содержании добавки (1 %) и имеют повышенный на 40 – 50 % модуль упругости при растяжении по сравнению с композитом полипропилена с малеиновым ангидридом.

Следует также отметить, что наночастицы химически активны и при взаимодействии с другими веществами часто теряют свои уникальные свойства. Таким образом, практически невозможно получить нанокомпозиционный полимерный материал по известным и отработанным технологиям. Технология получения нанокомпозиционного материала, в первую очередь, зависит от типа наночастиц, которые вводятся в полимер.

Полимерный нанокомпозит может быть получен тремя основными методами: в растворе, в расплаве и в процессе синтеза полимера, возможно применение и золь-гель-процесса. Но для получения полимерных нанокомпозитов на основе органоглин наиболее широко используются методы получения в расплаве и в процессе синтеза. Метод получения полимерных нанокомпозитов в расплаве состоит в смешении расплавленного полимера с органоглиной.

Слой нанодобавки, например, монтмориллонита толщиной ~1нм в ходе реакции ионного обмена насыщают мономером с активной концевой группой (e-капролактамом, бутадиеном, акрилонитрилом или эпоксидной смолой), а затем проводят полимеризацию (рис.85). При получении полимерного нанокомпозита в процессе синтеза самого полимера мономер мигрирует сквозь галереи органоглины и полимеризация происходит внутри слоев. Реакция полимеризации может быть инициирована нагреванием, излучением или соответствующим инициатором. Такая пластовая полимеризация стала первым методом получения материалов типа " полимер-слоистый силикат" на основе полиамида-6.

Слоистые нанокомпозиты по сравнению с исходной полимерной матрицей обладают гораздо меньшей проницаемостью для жидкостей и газов. Это позволяет использовать их для медицинской и пищевой промышленности.

.
Рис.85. Слоистые нанокомпозиты на основе алюмосиликата и полимера с низким его содержанием (справа вверху) и высоким

Полученные таким образом слоистые нанокомпозиты с высоким содержанием керамики характеризуются высокими механическими свойствами, термической и химической стабильностью. Но даже и небольшое количество алюмосиликата значительно улучшает механические и барьерные свойства полимера. Так, по сравнению с чистым полиимидом влагопроницаемость полиимидного нанокомпозита, содержащего всего 2 мас.% силиката, снижается на 60%, а коэффициент термического расширения − на 25%.

Основная проблема при создании слоистых нанокомпозитов на основе глин и тому подобных керамик − обеспечить равномерное раскрытие слоистых структур и распределение мономера по материалу.

Для синтеза полимер-силикатного нанокомпозита используется также полярный растворитель. Органосиликат разбухает в полярном растворителе, таком как толуол или N, N-диметил-формамид. Затем добавляется растворенный в растворителе полимер, который распределяется между слоями силиката. Финальная стадия заключается в извлечении растворителя путем испарения в вакууме. Основное преимущество этого метода заключается в том, что " полимер-слоистый силикат" может получаться на основе полимера с низкой полярностью или неполярного материала. Тем не менее, этот метод не находит широкого использования в промышленности по причине большого расхода растворителя.

Используется такжеметод интеркаляции в расплаве, который состоит в смешении расплавленного термопласта с органо-глинозёмом с целью оптимизации взаимодействия между глиной и полимером. В ходе интеркаляции полимерные цепи в существенной степени теряют конформационную энтропию. Вероятной движущей силой для этого процесса является важный вклад энтальпии взаимодействия полимер - органоглинозём при смешении и отжиге.
Этот метод получил наибольшее применение и популярность. Стоит добавить, что слоистые нанокомпозиты успешно получают экструзией. Широкий перечень термопластичных полимеров, включая строго полярный полиамид-6, этиленвинилацетат и полистирол могут вводится в слоистые силикаты. Тем не менее, процесс получения таких материалов на основе полиолефинов, представляющих собой наиболее распространенный класс полимерных материалов, пока недостаточно изучен.

Наибольшие успехи в получении этих нанокомпозитов были достигнуты золь-гель технологией, в которой исходными компонентами служат алкоголяты некоторых химических элементов и органические олигомеры [271]. Сначала алкоголяты кремния (титана, циркония, алюминия, бора) подвергают гидролизу

а затем проводят реакцию поликонденсации гидроксидов

В результате образуется керамика из неорганической трехмерной сетки. Поскольку золь-гель реакция, протекающая обычно в спиртовых растворах мономера и алкоголятов неорганического предшественника М(OR)_n, не требует высокой температуры, в реакционные схемы удается включать органические соединения, как в виде активных олигомеров, так и готовых полимеров. В качестве органического компонента используют многие соединения (полистирол, полиимид, полиамид, полибутадиен и полиметилметакрилат) и в зависимости от условий реакции и содержания компонентов получают материалы с разной надмолекулярной организацией. Можно создать, скажем, высокодисперсные нанокомпозиты на основе полидиметилсилоксана и тетраэтоксисилана с включенными в неорганическую сетку олигомерами.

Вообще методов проведения золь-гель реакции несколько. Дж.Марк, например, предложил осуществлять гидролиз и конденсацию в набухшей полимерной матрице [272]. В ходе такой реакции образуются взаимопроникающие органическая и керамическая сетки, что обеспечивает уникальные механические свойства конечного материала.

Существует также метод синтеза, в котором полимеризация и образование неорганического стекла протекают одновременно [273]. За счет этого расширяется класс используемых мономеров, кроме того, при сушке конечного продукта не происходит заметной усадки, как в способе Марка.

Нанокомпозиты, содержащие металлы или полупроводники, также широко используют. Эти материалы привлекают внимание, прежде всего, уникальными свойствами входящих в их состав кластеров, образованных разным количеством атомов металла или полупроводника − от десяти до нескольких тысяч. Типичные размеры такого агрегата − от 1 до 10 нм, что соответствует огромной удельной поверхности. [274]. Полученные металлосодержащие материалы оптически прозрачны, высоко проницаемы для низкомолекулярных веществ, а потому пригодны для использования в качестве оптических и люминесцентных микроприборов, катализаторов и т.д. Нелинейные оптические свойства нанокластеров позволяют создавать на их основе управляемые квантовые светодиоды для применения в микроэлектронике и телекоммуникации.

В работе [275] анализируются наиболее существенные подходы, приводящие к получению полимериммобилизованных наноразмерных частиц металлов и их оксидов. Почти все из них являются двухстадийными, они включают молекулекулярное диспергирование (атомизацию либо восстановление) и последующую конденсацию атомарного металла в наночастицы. Эти стадии быстро следуют одна за другой, в результате протекает единый сложный процесс возникновения зародышей и роста твердой металлической фазы. Защитные оболочки из высокомолекулярных соединений позволяют осуществлять управляемую химическую пассивацию (стабилизацию) таких чрезвычайно активных частиц. Формирование наночастиц непосредственно в среде полимера дает возможность получать гибридные полимер - неорганические нанокомпозиты, характеризующиеся не только максимально равномерным распределением наночастиц в объеме, но и прочным химическим взаимодействием между компонентами. Наиболее широкое распространение нашли способы совместного осаждения паров металла и мономера с последующей его полимеризацией, испарения атомарного металла на тонкие полимерные материалы, находящиеся при низких температурах, формирование полимерных оболочек полимеризацией в плазме, термическое разложение легколетучих соединений металлов, различные варианты восстановительных и электрохимических способов формирования нанокомпозитов. Особое внимание уделяется получению гибридных нанокомпозитов на стадии полимеризации (поликонденсации), так называемым методам in situ. К ним также относятся золь-гель синтезы, в том числе и темплатные процессы, протекающие в условиях строгой стереохимической ориентации реагентов, интеркаляция мономеров в пористые и слоистые матрицы с последующими внутрикристаллическими и пост-интеркаляционными превращениями с использованием подходов, принятых в химии внутрикристаллических структур (системы " гость-хозяин"). Большинство из этих методов пригодно и для получения нанокомпозитов не только монометаллических, но и мультиметаллических типов.

В одной из первых работ кластеры серебра, золота или палладия размером 1 − 15 нм были диспергированы в пленку полистирола (или полиметилметакрилата) в ходе полимеризации жидкого мономера, в который предварительно осаждался металл из паров [276]. Судя по структурным исследованиям, металлические кластеры при этом объединяются в агломераты разной величины — вплоть до нескольких десятков нанометров. Похожую структуру имеют композитные пленки, полученные одновременным осаждением паров металла и плазменной полимеризацией бензола или гексаметилдисилазана [277]. Разрабатываются способы предотвращения образования агрегатов наночастиц наполнителя в процессе производства композитов [278].

Разработан метод получения полимерных нанокомпозитов с цирконийсодержащими комплексами[279]. Метод применим для получения материалов, содержащих в своем составе атомы тугоплавких металлов (Zr, Ta, Hf, Nb). Особого внимания заслуживает использование металлосодержащих полимерных нанокомпозитов в качестве исходного материала для получения керамик с нанометровыми размерами зерен.

Наночастицы проявляют также суперпарамагнетизм и каталитические свойства [280]. При использовании кластеров металлов в качестве катализаторов наночастицы стабилизируют, например, в растворе с помощью поверхностно-активных соединений или на подложке из полимерной пленки. Несмотря на сравнительно невысокую термическую стабильность, полимерные материалы довольно часто служат матрицей, фиксирующей нанокластеры. В зависимости от того, какие свойства хотят придать конечному продукту, используют либо прозрачный полимер, либо проницаемый, либо электропроводящий и легко перерабатываемый.

Каждый из методов получения нанокомпозитов с металлами имеет свои ограничения. Способ, когда органическую матрицу синтезируют из смеси полимеров или сополимеров с функциональными мономерами и после ее набухания вводят соль металла, которую затем восстанавливают, например, в атмосфере сероводорода [281], приводит к получению кластеров с большим разбросом по размеру, что значительно снижает ценность метода.

Такие нанокомпозиционные материалы получают также на основе блоксополимеров, т.е. не одинаковых, а разных полимерных молекул (рис.86). Соединяясь друг с другом, они образуют блок, или домен, многократно повторяющийся в полимерной цепочке. Каждый из доменов − это своеобразный реактор, в одной из микрофаз которого и возникают неорганические нанокластеры [282]. Их размеры, что очень важно, ограничены величиной такого реактора. Но не только в этом достоинство метода. Он позволяет получать разные надмолекулярные структуры в зависимости от химического строения блоксополимера и его состава [283]. В числе таких структур − ламеллярная, гироидная, колончатая, кубическая, перфорированная ламеллярная и двойная алмазная, причем две последние − в нестабильном состоянии, а остальные − в стабильном. Необходимо отметить, что по мере того, как увеличивается содержание в сополимере одного блока относительно другого, все больше возникает структур с повышенной кривизной поверхности наночастиц. Особый интерес представляют взаимопроникающие гироидная и двойная алмазная структуры, в которых микрофаза, обогащенная металлом или полупроводником, может формировать непрерывные взаимопроникающие сетки.

Рис.86. Надмолекулярные структуры, образующиеся в нанокомпозиционном материале при разном содержании блоков. Сплошными линиями обозначены стабильные состояния: L — ламеллярная фаза, G − гироидная, С − колончатая, S − кубическая; штриховыми − метастабильные: PL − перфорированная ламеллярная, D − двойная алмазная (Matsen M.W., Bates. 1996). Кривизна поверхности – это средняя величина для всех граней наночастиц каждой структуры

Такой метод оказался эффективным при использовании двойного блоксополимера — из стирола и 2-винилпиридина [284]. В этом случае прозрачные пленки сополимера отливают из раствора, содержащего соли серебра, меди, кобальта или кадмия с последующим их восстановлением до чистого металла или его сульфидов. В результате образуются ламеллярные, колончатые и сферические структуры с регулируемым размером нанокластера.

Органическими компонентами для синтеза блоксополимера могут служить норборненовые мономеры (рис.87), в один из которых внедряют ионы золота, серебра, кадмия или цинка [285]. Норборнены, будучи циклическими соединениями с двойной связью, отличаются высокой реакционной способностью. Под действием катализатора они подвергаются перегруппировке: 5-членный цикл молекулы раскрывается и образуется линейный полимер (такую реакцию называют метатезисом с раскрытием цикла).

Рис.87. Образование нанокристаллов ZnS в ходе реакции полимеризации норборненовых мономеров. ROMP − реакция метатезиса с раскрытием цикла, Ph − фенильный остаток,

Me − метильный, Bu − бутильный

В ходе реакции полимеризации одновременно образуются и домены металлов (или полупроводников) размером в несколько нанометров. Изменяя относительную длину полимерных блоков, можно создавать, как и предыдущим способом, неорганические структуры разной морфологии. Полученные материалы оптически прозрачны, высоко проницаемы для низкомолекулярных веществ, а потому пригодны для использования в качестве оптических и люминесцентных микроприборов, катализаторов и т.д.

Молекулярные композиты построены из гибкой полимерной матрицы и жестких, тоже полимерных, волокон [286]. При их создании ожидалось, что по сравнению с традиционными в этих композиционных материалах не будет внутренних дефектов в усиливающих жестких элементах, проявятся больший усиливающий эффект (за счет высокого отношения длины жесткого сегмента к его сечению) и высокая адгезия между матрицей и волокном, и другие преимущества. Все это могло обеспечить существенное улучшение механических и тепловых свойств материала при сохранении его перерабатываемости (рис.88).

Рис.88. Фазовая диаграмма для системы, состоящей из молекул матрицы с гибкими цепями и полимера с жесткими стержнями. Смешение этих компонентов приводит к микрофазному разделению, причем объемная доля изотропной фазы (1) резко снижена в области больших длин жестких стержней (Flory P.J., Abe A. // Macromolecule. 1978. V.11. P.1122).

В начале 80-х годов молекулярные композиты уже пытались получать, смешивая растворы жесткого и гибкого полимеров (например, полибензо-бис-тиазола и полибензимидазола в метансерной кислоте или полиамидимида и полиэфиримида в диметилацетамиде), которые образовывали тройную систему [287]. Оказалось, что фазовое поведение полимерного раствора жестких стержнеобразных молекул и гибкой матрицы зависит от энтропии смешения. Если она неблагоприятна, происходит микрофазное разделение компонентов, резко уменьшается объемная доля изотропной фазы по мере увеличения длины жестких сегментов. В результате значительно снижается усиливающий эффект по сравнению с системами, в которых жесткие сегменты распределены по всему объему матрицы случайным образом.

Саморганизующиеся полимерные наноматериалы представляют интерес с точки зрения их синтеза [288]. В его основе лежит молекулярное распознавание и упорядочение составляющих элементов с последующей самосборкой функциональных надмолекулярных структур за счет слабых нековалентных взаимодействий — ван-дер-ваальсовых и электростатических сил, водородных связей и т.д. В живом мире примеров подобной самоорганизации не перечесть, это и вирусы, и рибосомы, и белковые волокна, и мембраны, и ферментные комплексы. Все они не синтезируются целиком, а собираются из макромолекулярных субъединиц. Так, одинаковые белковые молекулы, взаимодействуя между собой за счет слабых сил, образуют геометрически регулярные структуры (спирали, кольца, гексагональные формы), которые упаковываются в плоские слои или трубки. Похожим образом можно реконструировать in vitro вирус табачной мозаики, просто смешав в растворе вирусные белок и РНК: сначала возникают белковые структуры в виде двойных колец, а затем они “нанизываются” на молекулу РНК. Так постепенно строится вирусная частица − длинный стержень, в котором спирально закрученная РНК заключена в цилиндр из одинаковых белковых молекул.

Идею самоорганизации применительно к синтетическим макромолекулам удалось подтвердить В.Перчеку, который смоделировал процессы самосборки, характерные для вируса табачной мозаики. Однако он использовал в экспериментах не вирусный белок, а соединения на основе производных галиковой кислоты, имеющие жесткие секторообразные фрагменты в боковых цепях.

Такие материалы чувствительны к разным внешним воздействиям − химическому составу окружающей среды, изменениям температуры и давления, электрического или магнитного поля и т.д., а значит, они могут найти широкое практическое применение.

В работе [289] рассмотрены способы получения полимерных нанокомпозитов, содержащих наночастицы, сформированные в наноструктурированных полимерных системах − блок-сополимерах, дендримерах, нанопористых полимерах, комплексах полиэлектролитный гель – поверхностно-активное вещество, многослойных пленках. Наноструктуры в амфифильных блок-сополимерах могут формироваться самопроизвольно в твердом состоянии (микросегрегация на фазы) и в растворе (блок-сополимерные мицеллы). В полимерных системах они играют роль нанореакторов по отношению к растущим наночастицам, размер, распределение по размерам и форма которых определяются параметрами наноструктур и условиями синтеза.

В МГУ разработан новый универсальный метод получения нанокомпозитов, в основе которого лежит деформация полимеров в жидких адсорбционно-активных средах (эффект Ребиндера). В этих условиях в полимере, в отличие от его деформации на воздухе, самопроизвольно возникает и развивается система взаимосвязанных микроскопических пор нанометрового размера (1-10нм), пронизывающих весь объем деформируемого полимера и непрерывно заполняемых окружающей жидкостью (крейзинг полимера). При дальнейшем развитии деформации происходит коллапс возникшей структуры и закрытие (схлопывание) образовавшихся нанопустот. При коллапсе происходит частичный механический захват жидкости, заполнившей микропустоты. Если в качестве такой жидкости использовать раствор любой низкомолекулярной добавки в адсорбционно-активной среде, то при коллапсе структуры происходит выделение (синерезис) жидкости в окружающее пространство и механический захват (запечатывание) указанной добавки в виде наноразмерного включения. Важно отметить, что в этих условиях полимер диспергируется на агрегаты макромолекул, имеющие наноразмеры, разделенные в пространстве микропустотами, также имеющими размеры порядка единиц – десятка нанометров. Таким образом, деформация полимеров в адсорбционно-активных жидких средах является универсальным способом взаимного диспергирования полимера и низкомолекулярного вещества до наноразмеров, другими словами, универсальным методом получения нанокомпозита. В самом общем виде создание нанокомпозита предусматривает следующие стадии. Во-первых, необходимо измельчить, по крайней мере, один из компонентов такого композита до наноразмеров. Во-вторых, необходимо перемешать компоненты системы до получения однородной смеси. И, наконец, необходимо каким-либо способом застабилизировать полученную систему от ее самопроизвольного распада на исходные компоненты ввиду их термодинамической несовместимости. Все три отмеченные выше процедуры являются достаточно сложными физико-химическими задачами, и для их реализации приходится преодолевать значительные трудности. Крейзинг полимеров в жидких средах позволяет легко решить все три сформулированные выше задачи, создать и исследовать большое количество новых видов наноматериалов, таких как пористые полимерные сорбенты, полимерные разделительные мембраны, новые виды полимер-полимерных наносмесей, негорючие и электропроводящие полимерные нанокомпозиты, металлополимеры, полимерные композиты с необычными оптическими, магнитными, сорбционными и другими полезными для потребителя свойствами, уникальные мембранные и фильтрующие материалы. Учёным, к примеру, удалось повысить кислородный индекс полимерных волокон (концентрация кислорода, при которой горит вещество) с 21 до 40 единиц — в обычных условиях это практически негорючие материалы, которые могут найти широкое применение в авиа-, кораблестроении, в жилищном строительстве.

Американские ученые из компании Case Western Reserve University предложили новую технологию, по которой наночастицы наполнителя сначала формируют трехмерную решетку, что достигается посредством образования геля на основе дисперсии наночастиц. В полученную таким образом матрицу добавляется дисперсия требуемого полимера в органическом растворителе, и путем замены растворителя образуется новая дисперсная система. Таким образом, были получены нанокомпозиты на основе нескольких пар материалов, которые ранее считались несовместимыми. Технология применима для широкого спектра полимеров и нановолокон.