纳米复合材料是一种多相固体材料，其中一个相具有低于100nm的一维、二维或三维，或者构成材料的不同相之间具有纳米级重复距离的结构。该定义涵盖胶体、多孔介质、共聚物和凝胶；然而，大多数情况下，它是纳米尺寸相和块状基质的固体组合，由于化学和结构的差异，具有不同的性质。

      纳米颗粒的电学、机械、热学、电化学、光学和催化性能将与组分材料显着不同。

      纳米复合材料天然存在于骨骼和鲍鱼壳等结构中。从20世纪50年代中期起，纳米级有机粘土就被用于控制聚合物溶液流动或凝胶构成，例如作为均质制剂化妆品中的增稠物质。粘土/聚合物复合材料在20世纪70年代变得非常流行，尽管纳米复合材料一词尚未被创造。

       纳米复合材料中的纳米级相通常具有异常高的表面积与体积比和/或异常高的长宽比。增强材料可包括片材、颗粒或纤维。增强相与基体之间的界面面积比传统复合材料大一个数量级。增强相附近的基体材料性能受到显着影响。

      在陶瓷基体中添加碳纳米管可以增强导热性和导电性。其他类型的纳米颗粒可导致改善的介电性能、光学性能、耐热性或机械性能，例如强度、刚度以及抗损坏和耐磨性。

纳米复合材料的类型

陶瓷基纳米复合材料

      在该复合材料组中，诸如来自氮化物、氧化物、硅化物和硼化物组的化合物的陶瓷占据了体积的主要部分。在大多数陶瓷基纳米复合材料中，金属是第二组分。在理想情况下，陶瓷和金属成分均匀分散，以产生特定的纳米级特性。

金属基纳米复合材料

      金属基纳米复合材料的另一个名称是增强金属基复合材料。这种复合材料类型可分为非连续增强材料和连续增强材料。碳纳米管金属基复合材料是一种重要的纳米复合材料，它利用了碳纳米管材料的高导电性和拉伸强度。金属基纳米复合材料的新研究领域是氮化碳金属基复合材料和氮化硼增强金属基复合材料。

      含能纳米复合材料是另一种纳米复合材料，通常为二氧化硅基混合溶胶-凝胶，当与纳米级铝粉和金属氧化物结合时形成超级铝热剂材料。

聚合物纳米复合材料

      通过利用纳米级填料的特性和性质，将纳米颗粒添加到聚合物基质中可以改善其性能。当纳米级填料性能更好或不同于基体增强材料并且填料分散良好时，该策略效果很好。

      机械性能的增强可能不限于强度或刚度。通过添加纳米填料，可以改善时间依赖性特性。另一方面，高性能纳米复合材料性能的改善是由于填料的高表面积和高长径比，因为当分散良好时，纳米颗粒具有增加的表面积与体积比。

碳纳米管陶瓷基纳米复合材料的性能

      与整体陶瓷材料相比，包含纳米晶陶瓷材料和碳纳米管（CNT）填料的复合材料表现出较低的脆性。例如，以纳米相氧化铝颗粒作为基体，以单壁和双壁碳纳米管分散体作为填料的材料，可在不影响陶瓷基体强度的情况下，使其抗断裂性提高25%。

      这种概念验证材料的特点适用于广泛的纳米相陶瓷氧化物材料。还可以用其他纳米级材料例如氮化硅、氮化硼和碳化硅来制造填料。这些材料比石墨纤维增强陶瓷复合材料具有更高的硬度。

CNT陶瓷基纳米复合材料的应用

承重结构件

磨损或摩擦表面

医疗器械和植入物

汽车、航空航天和发电应用

工模具材料

      由于纳米管和纳米粉末的可用性不断增加，以及它们与新颖加工技术的集成，新型多功能材料正在被开发出来。碳纳米管以其电学、机械和热学特性而闻名，并且纳米管的商业规模制造正在迅速改进。

      在研究中，开发了具有碳纳米管的氧化铝纳米复合材料。碳纳米管在陶瓷基体中容易团聚，然而，二甲基甲酰胺被发现可以成功地将碳纳米管分散在整个材料中，并且所得材料相应地具有更好的电气和机械性能。研究发现，氧化铝涂层的碳纳米管最适合与陶瓷基体的界面粘合。

      陶瓷-碳纳米管纳米复合材料显示出巨大的前景，特别是对于需要良好热性能和电性能的应用。迄今为止的大多数研究只是为了更好地了解纳米复合材料的特性以及如何制造它们。与许多其他基于纳米材料的技术一样，碳纳米管陶瓷复合材料的商业开发将取决于碳纳米管的价格和可用性。使用其他更容易获得的材料的纳米复合材料，更容易适应当前的制造方法，已经开始在高应力场景中找到商业应用。