Нанокомпозитные материалы


Реставрация зубов композитным материалом – метод, который не теряет своей актуальности и по сей день. Плюсы процедуры, её цена, фото до и после – обо всем этом расскажем в данной статье.

Композитные материалы – это химические соединения полимеров разной степени вязкости, широко используемые в терапевтической и эстетической стоматологии для восстановления зубов. В их структуре обязательно присутствуют органическая матрица, наполнитель неорганической природы и соединяющий их силан (гидрид кремния). Стоматологические композиты постоянно совершенствуются, приобретая новые полезные качества. Отличительной особенностью реставрации зубов является художественная работа стоматолога, позволяющая добиться высокоэстетического эффекта. При обычном пломбировании этот элемент в работе врача отсутствует.

Общее представление

Нанокомпозитный реставрационный материал представляет собой особую смесь, используемую в стоматологической практике, в ходе изготовления которой применяются неорганические наполнители, поверхностно активные вещества и органическая матрица.


В качестве наполнителей могут быть использованы такие вещества, как силикат циркония, стронциевое или бариевое стекло, кварц, соли и оксиды тяжелых металлов, частицы полимеров.

Основу органической матрицы в данной разновидности композитного материала составляют низкомолекулярные вещества, содержащие метакриллатные группы и элементы эпоксидных смол.

Нанокомпозиты применяются в различных областях стоматологии:

  • для пломбировки полостей, образовавшихся в результате прогрессирования кариеса;
  • при эрозивных повреждениях зубного покрытия;
  • с целью устранения клиновидных дефектов поверхности резцов и клыков;
  • для коррекции формы и оттенка зубов, скрытия диастем и трем;
  • во время реставрации керамических протезов, имеющих сколы и трещины.

Этапы проведения

  1. Подготовка пациента. Проводится профессиональная чистка, удаление налета, индивидуальный подбор композитного материала соответствующей структуры и цвета, при необходимости производится анестезия.
  2. Основной этап. Высверливаются гнилые зубные структуры, он изолируется от слюны ватными тампонами или специальными приспособлениями (коффердам, ретракционные нити различной ширины). Послойно наносят композит, при необходимости устанавливают штифты.
  3. Заключительный этап. Полировка и шлифовка зуба, покрытие лаком, содержащим фтор.

Видео: композитная реставрация зубов.

Ормокеры

Ормокеры – это ОРганическая МОдифицированная КЕРАмика. Данный вид материалов состоит из частиц – бариевое стекло, фторапатит, который составляют органическую матрицу. Рамер частиц в ормокерах достигает до 1,7 мкм. Ормокеры хорошо наполнены до 70% по объему. Ормокеры обладают хорошей прочностью, в некоторых источниках литературы даже рекомендуют использовать ормокеры у пациентов с аллергией на композиты, однако подтвержденных клинических случаев нет. К положительным свойствам ормокеров, что приводит к использованию их в реставрации любых классов по Блэку, следует отнести:

  • Хорошая прочность;
  • Минимальная усадка;
  • Износостойкость;
  • Эстетика;
  • Полируемость.

Однако по своему применению ормокеры уступают микрогибридным композитам.

Нанокомпозитные материалы

Силораны

Силораны являются представителями веществ новой эры в стоматологии. В снове силоранов лежат вещества, используемые в химической промышленности. Однако этот материал отличается своей хорошей биосовместимостью, низкой усадкой, износостойкостью. Силораны имеют удобное рабочее время, котрое доходит до 9 минут при наличии общего освещения.


Нанокомпозитные материалы

Силораны используются для восстановления 1 – 2 класса по Блеку. Есть некоторые нюансы в работе с силоранами. Первое – это необходимость в постановке прокладки; второе – это несомвестимость с адгезивными системами компомеров и жидкотекучих композитов. Однако в работе силораны приятны: не липнут к инстурменту, хорошо пакуются и полируются.

На данный момент времени, к сожалению, нет отдаленных клинических результатов с использованием силоранов, но перспектива у данной группы материалов неплохая!

Нанокомпозитные материалы

Компомеры

Компомеры – это дуэт композита и стеклоиномерного цемента. Данная группа материалов объединяет свойства как композита, так и СИЦа. Механизм отверждения компомеров описывается как каскад, где сперва под действием света происходит полимеризация, а потом под действием воды активируется кислотно – основная реакция, характерная для цемента.

Нанокомпозитные материалы

Компомеры обладают следующими свойствами:


  • Эластичный пломбировочный материал;
  • Выделение фтора;
  • Нетребовательный к условиям работы: может вносится большой порцией, не требует тщательной изоляции от воды, можно пропустить этап протравливания;
  • Меньше реагирует на конкретно направленные лучи полимеризационной лампы.

С такими свойствами компомер используется для восстановления 3, 5 классов по Блэку, реставрации на молочных зубах, герметизация фиссур.

Нанокомпозитные материалы

Классификация композитов

Классификация композитов достаточно объемна и включает в себя следующие пункты:

  • Классификация композитов по размерам частиц;
  • Классификация композитов по составу полимерной матрицы;
  • Классификация композитов по вязкости;

А теперь остановимся на каждой группе композитов более подробно.

Классификация композитов по размерам частиц разделяет композиты на:

  • Макронаполненные композиты;
  • Микронаполненные композиты;
  • Гибридные композиты;
  • Микрогибридные композиты;
  • Нанокомпозиты.

Макронаполненные композиты

Макронаполненные композиты являются, если можно так сказать, «отцами» всех композитов. Так как на рынке стоматологических материалов именно макронаполненные композиты были представлены первыми.

Нанокомпозитные материалы

Макронаполненные композитные материалы характеризуются большим размером частиц, цифры варьируют от 8 – 12 мкм, средний размер частиц макронаполненного композита около 10 мкм. Кроме больших размеров частиц макронаполненного композита, частицы эти имееют нерегулярную, неточную форму. Наполненнность макранаполненного композита близится к 60%, но не взирая на такие хорошие физические свойства, макранаполненный композит обладает низкой устойчивостью к износу. При воздействии сильных жевательных нагрузок просто – напросто из матрицы макронаполненного композита выпадают молекулы органического наполнителя, и, естественно, образуются пустоты. Вследствие потери наполнителя теряется стабильность поверхностного слоя материала. Так же к минусам макронаполненных композитов следует отнести чрезмерное влияние на твердые ткани зубов – антагонистов, это приводит к преждевременному стиранию. Недостаточные положительные характеристики отмечаются и при полировании, и цветостойкости макронаполненного композита. Из плюсов использования макронаполненных композитов можно сказать то, что это рентгеноконтрастный материал и прочный композитный материал, поэтому используется для восстановления культей зубов.


Нанокомпозитные материалы

Микронаполненные композиты

Микронаполненные композиты дали возможность стоматологом видеть, как хорошо можно подобрать пломбу в цвет зуба, как она блестит при качественной полировке. Микранаполненные композиты имеют размер частиц равный 0,01 – 0,1 мкм, наполненность составляет 55% от общего объема. Из – за недостаточной наполненности микранаполненнных композитов, они имеют ряд негативных качеств. В первую очередь микранаполненные композитные материалы являются низкопрочными, то есть не пригодными для восстановления 1 и 2 классов по Блэку. Кроме этого микранаполненные композитные материалы нерентгеноконтрастны, не обладают гидрофобностью, имеют высокий коэффициент теплового расширения.

Самым большим плюсом для этих материалов является их качественная полировка и блеск.


оме этого к плюсам микранаполненных композитов можно отнести то, что у них высокий показатель эластичности. Простыми словами из – за собственной природной эластичности микранаполненные композиты компенсируют напряжение, создаваемое на границе адгезив – пломбировочный материал. Микранаполненные композитные материалы используются для восстановления дефекта твердых тканей зуба в пришеечной области, а так же могут использоваться в качестве дополнительного слоя при использовании других композитных материалов (техника «слоеная реставрация»).

Нанокомпозитные материалы

Гибридные композиты

Гибридные композитные материалы отличаются тем, что в самом материале нет частиц одинаковых рамеров. Гибридные композиты включают в свой состав частицы размером от 0, 01 мкм до 10 мкм. Наполненность гибридных материалов тоже вариабильна, составляет от 50% до 70% по объему.

Гибридные композиты являются как бы границей между ранее описанными макро/микранаполненными композитами, где негативных характеристик больше, чем положительных, и микрогибридными композитами, которые в настоящее время не теряют своей популярности в практике врачей – стоматологов.

Микрогибридные композиты

Как я описывала ранее, микрогибридные композиты – одни из самых популярных видов композита в современном стоматологическом мире. И неспроста. Именно с микрогибридных композитов начался этап в использовании адгезивной техники реставрации зубов.


Микрогибридные композиты характеризуются размерами частиц, приближающимися к сферической форме, размером около 1 мкм. Кроме таких мелких частиц в составе микрогибридного композита есть частицы, размер которых достигает 3,5 мкм.

Микрогибридные композиты включают положительные свойства, такие как:

  • Прочность;
  • Низкое водопоглощение;
  • Устойчивость к отлому;
  • Хорошие эстетические свойства, что позволяет подобрать качественный пломбировочный материал не только по цвету, но и по прозрачности;
  • Хорошая полируемость;
  • Ретгеноконтрастность.

Микрогибридный композит не является идеальным композитным материалом, так как данный композит обладает полимеризационной усадкой, которая может достигнуть 3,5% от объема.

Микрогибридные пломбировочные материалы используются врачами – стоматологами достаточно широко не только в терапевтической стоматологии, но и ортопедии.

Показаниями к использованию микрогибридных композитов могут быть:

  • Реставрация полостей 1 -5 класса по Блэку;
  • Для изготовления мостовидных протезов, если дефект не очень протяженный;
  • Формирование культи зуба;
  • Шинирование зуба;
  • Починка ортопедических конструкций из керамики либо же пластмассы;
  • Вкладки, виниры.

Нанокомпозитные материалы

Следовательно, можно сказать, что микрогибридные композиты – это универсальные композиты, которые могут использоваться в стоматологии для реставрационной терапии, однако следует помнить об усадке данного композита и о требовательной работе.

Нанокомпозиты

Нанокомпозиты — достаточно новый класс композитных материалов в стоматологии. Сама частица «нана» указывает на рамер наполнителя – 10-9 степени. Данная величина ооооооочень маленькая и зачастую сравнивается с атомом.

Нанокомпозитные материалы

Нанокомпозиты характеризуются не только маленькими частицами ( для понимания или же сравнения с микрогибридными композитами 0, 01 мкм = 10 нм), но и хорошей наполненностью около 75% от объема. Из этого вытекают плюсы нанокомпозитов:

  • Прочный композит;
  • Низкая усадка (максимум 2,3%);
  • Хорошая эстетика композита;
  • Полировка;
  • Длительный блеск после качественной полировки;

На нанокомпозитах заканчивается классическое представление о композитных материалах, которые могут применяться в стоматологии. Чтобы добиться идеальных как физических, так и эстетических свойств, постоянно композиты модифицировались и сочетались с другими материалами. Так на стоматологический рынок вышли ормокеры, силораны, компомеры, гиомеры.

Свойства и особенности

Разработка нанокомпозитов позволила выйти из заколдованного круга, существовавшего ранее в отношении стоматологических составов, когда достижение высоких эстетических параметров достигалось ценой уменьшения прочности, и наоборот. Появилась возможность совместить необходимые свойства в одном материале.

Нанокомпозиты отличает:

  • высокая прочность и надежность реставрации;
  • отличная полируемость, сохранение сухого блеска в течение длительного времени.
  • низкая усадка при полимеризации – 1,6–1,9 %, что значительно ниже, чем у традиционных композитов;
  • высокая степень наполнения матрицы – до 87% по весу;
  • технологичность, хорошие манипуляционные свойства;
  • большое количество цветовых оттенков.

В качестве недостатков можно отметить высокую цену и недостаточную изученность клинических проявлений.

Отзывы

Композитная реставрация зубов отзывы фото

Насколько эффективна композитная реставрация зубов? Отзывы и фото, сделанные до и после процедуры, позволяют убедиться в эффективности данной методики. Установка виниров может использоваться при потемнении эмали, а также для скрытия различных дефектов.

Для тех, кто занимается травмоопасными видами спорта, реставрация зубов композитными материалами может стать настоящим спасением. Такая процедура позволяет получить ровные и прочные зубы, которые практически неотличимы от собственных. К недостаткам процедуры пациенты относят:

  • Ограничения по видам пищи (не все можно жевать такими зубами).
  • Болезненность процедуры даже с анестезией.
  • Недолговечность.

Модифицирование структуры

Процесс создания модифицированных структур

В современной стоматологической практике применяются композитные материалы, изготовленные двумя разновидностями использования нанотехнологий:

  • изменение микрогибридного композита методом совершенствования его структуры при помощи нанонаполнителя;
  • изготовление истинного нанокомпозитного материала с применением различных видов нанонаполнителей.

Модификация структуры привычного широко распространенного микрогибридного композитного материала возникла в результате присутствия в нем частиц различного размера и необходимости достижения оптимального гомогенного распределения между ними.

Предназначением крупных частиц вещества размером до 1 мкм является обеспечение высокой наполненности и прочности смеси.

Более мелкие частички размером менее 0,5 мкм предназначены для заполнения свободного пространства и придания композитному материалу устойчивости к износу, высокой степени полируемости и эстетичного вида.

Вместе с этим мельчайшие частицы материала склонны к неравномерному распределению внутри реставрационной смеси, слипанию между собой и образованию трехмерных агломератов.

Применение в процессе создания композитов нанотехнологий позволяет получить более прочную и износоустойчивую смесь с высоким содержанием модифицированных нанонаполненных частиц.

Состав имеет повышенные эстетические характеристики, однако вследствие присутствия в смеси более крупных частиц возможна постепенная потеря блеска материала в процессе эксплуатации.

Плюсы и минусы керамических вкладок на зубы, показания и противопоказания к их установке.

Заходите сюда, чтобы ближе познакомиться с вкладками Inlay, Onlay, Overlay.

По этому адресу https://zubovv.ru/protezirovanie/nesemnyie-p/koronki-np/veskie-osnovaniya-dlya-snyatiya.html поговорим о методах снятия коронки с зуба.

Цена

Стоимость зависит от метода реставрации, объема пораженного участка, вида композита и его производителя. В данной таблице приведены средние цены по Москве на различные варианты стоматологических вмешательств.

Вид услуги Цена в рублях
Постановка пломбы из композита светового отверждения под коронку 2000
Постановка пломбы из композита светового материала 3000-4000
Художественная реставрация зуба 4000
Установка винира 3000-4000
Установка композитной вкладки 7000

Дополнительно оплачивается анестезия, фторирование, фиксация штифта, различные терапевтические методики, предшествующие наложению композитных материалов.

Виды нанокомпозитов

Основные различия этих составов обуславливаются видом, размером и структурой наполнителя. В качестве исходных материалов для производства наночастиц используется:

  • силикат титана;
  • кварц;
  • силикат циркония;
  • тяжелые соли;
  • полимеры;
  • оксиды некоторых металлов.

По структуре и размеру наполнителя различают две основные группы нанокомпозитов:

  • наногибридные составы, представляющие собой модификацию традиционных микрогибридных (микрофильных) композитов путем ввода в их структуру наночастиц;
  • истинные нанокомпозиты, основанные исключительно на нанонаполнителях.

Прием у стоматолога

Нанокомпозиты различаются также по:

  • способу полимеризации (химически- или светоотверждаемые);
  • форме выпуска (в шприцах или капсулах);
  • количеству цветовых оттенков;
  • прозрачности и ряду других особенностей.

Наногибридные композиты

Традиционные микрогибридные композиты содержат мелкие (около 0,04 мкм) и крупные (до 1 мкм) частицы. Из-за склонности к слипанию мелкие частицы распределены в матрице неравномерно, что приводит к ухудшению полируемости и снижению эстетичности. Для устранения этого недостатка в состав традиционного композита вводились наночастицы размерами 20-70 нм. В отличие от мелкой фракции обычных композитов наночастицы не слипаются между собой, распределяясь по матрице равномерно. Благодаря этому обеспечивается гомогенность состава.

В результате модификации получаются наногибридные композиты, обладающие по сравнению с традиционными материалами более высокой прочностью и улучшенными эстетическими характеристиками. Благодаря крупным частицам обеспечивается высокая прочность композита. Мелкая фракция, заполняющая промежутки между крупной, обуславливает отличную полируемость и высокую эстетичность места реставрации.

Нанокомпозиты последних разработок (Эстет-Икс, например) содержат наполнитель 3-х размеров – мидичастицы, миничастицы и наночастицы. Соотношение этих фаз строго контролируется. Такие составы получили название «микроматричные».

Истинные нанокомпозиты

Более перспективными стоматологическими композитами считаются составы, в которых весь наполнитель представляет собой наночастицы. Такие составы называют «истинными» или «нанокластерными».

Наночастицы в истинных композитах присутствуют в 2 видах.

  • в форме наномеров, имеющих размеры 20…75 нм.
  • в виде нанокластеров, размеры которых варьируются от 0,6 до 1,4 мкм.

Нанокластеры – это не что иное, как агломерации наномеров. Существующие технологии позволяют контролировать их размеры и структуру. Это очень важно, поскольку от этого зависят основополагающие свойства стоматологических нанокомпозитов. Прочность обеспечивается крупными частицами, а полируемость и эстетический вид – мелкими. Управляя размерами и распределением в матрице крупных и мелких наночастиц, можно получать материал с заданными свойствами.

Что это такое?

Нанокомпозиты – это многофазные композиционные материалы, в которых размер фракции как минимум одной фазы составляет от 0,1 до 100 нм. 1 нанометр эквивалентен одной миллиардной части метра. Такую ничтожно малую величину даже вообразить себе сложно – по размерам она приближена к величине атома.

Стоматологические нанокомпозиты сочетают в структуре неорганический наполнитель и органическую матрицу. Наполнитель содержит сферические наномеры. Матрица представляет собой смолы с разными вариантами добавок. Это могут быть красители, светопоглотители, фотоинициаторы, полимерные ингибиторы, катализаторы.

Ранее в стоматологии уже применялись композитные материалы с размером частиц 40 нм – микрофильные композиты, однако при всех их положительных характеристиках (легкая полируемость, длительное сохранение цвета, внешняя износостойкость) они обладают недостаточной механической прочностью и значительной степенью усадки, что не позволяет применять их для восстановления зубов жевательной группы. Связано это со склеиванием частиц в наполнителе микрофилов, что приводит к образованию волокнистых структур и не позволяет достаточно наполнить органическую матрицу.

В нанокомпозитах элементы определенным образом модифицированы и лишены этих недостатков: они не склеиваются, часть наномеров объединена в комплексы – нанокластеры размерами от 0,6 до 1,4 мкм. В силу такого строения возрастает наполненность композита, субстанция становится прочной и привлекательной внешне. Поэтому реставрация зубов нанокомпозитами имеет неоспоримые преимущества.

Известны два метода получения нанокомпозитных материалов:

  1. Модификация структуры микроскопических гибридных композитных материалов. Данная методика разработана из-за необходимости заполнения пустот между относительно крупными элементами наполнителя для облегчения полируемости, повышения устойчивости к неблагоприятным внешним факторам, длительности сохранения нужного оттенка. Более крупные частицы повышают коэффициент прочности композита. Научные изыскания в области стоматологии позволили создать гибридные материалы с равномерным однородным распределением микрочастиц, которое препятствует их склеиванию и потере прочности субстанции.
  2. Производство истинных нанокомпозитов на основе разных типов носителей. Это более перспективная разработка, основанная на синтезе наполнителя с наноформирователями различных вариантов. Сам процесс производства аналогичен изложенному выше, но в данном варианте за основу взяты только наночастицы размерами 20-75 нм. Часть из них алгомерируют в кластеры, часть оставляют в свободном виде для заполнения свободного пространства. Такой материал принципиально отличается от синтезированных ранее за счет предельно высокого коэффициента наполняемости. Поэтому нанокомпозит сверхпрочен и визуально привлекателен.

Свойства

Нанокомпозиты в стоматологии

Нанокомпозиты стали «новым словом» в стоматологической практике, поскольку достигли высоких показателей прочности, не утратив при этом эстетических качеств, что до сего момента считалось невозможным. К основным положительным свойствам таких материалов можно отнести:

  • универсальность применения;
  • прочность и износостойкость реставрации;
  • максимальная наполненность матрицы (до 87% по весу);
  • легкая полируемость, стойкость сухого зеркального блеска;
  • низкие показатели степени усадки при полимеризации (от 1,6 до 1,9%);
  • удобство в работе и технологичность;
  • разнообразие оттенков.

Перечень недостатков намного короче. На сегодняшний день к ним можно отнести высокую стоимость такого рода материалов и недостаточное количество клинических исследований. Второе, впрочем, вполне поправимо, хотя и потребует определенного времени на реализацию.

Благодаря своим качествам нанокомпозитные материалы находят применение во многих ситуациях:

  • пломбирование кариозных полостей;
  • реставрация зубов;
  • восстановление повреждений шейки зуба вследствие препарирования;
  • локальная эрозия зубной эмали;
  • временное пломбирование при травматическом повреждении;
  • заполнение дефектов резцов, локализующихся на поверхности соприкосновения с соседним зубом;
  • коррекция аномалий зубного ряда;
  • как изолирующий компонент;
  • как герметик.

Ход клинического использования

Ход клинического использования

При использовании компомеров считается обязательным проведение накануне дня лечения профессиональной чистки, а непосредственно перед препарированием – чистки проблемного зуба щеткой с пастой.

Желательно использование коффердама, поскольку контакт компомеров с кровью, слюной или ротовой жидкостью отрицательно сказывается на качестве реставрации.

После чистки зуба, не дожидаясь полного просушивания, с помощью шкалы Vita подбирается цвет реставрации.

Препарирование производится способом, исключающим риск рецидив кариеса, т. е. ткани, затронутые кариозным процессом, убираются полностью. В то же время дентин убирают только в тех местах, где это требуется, кариозной полости не придается правильная форма. Чем меньше объем пломбы, тем она прочнее. Если требуется обезболивание, проводится местная анестезия.

При реставрации дефектов 2-го класса устанавливают матрицу (элементы для придания пломбе нужной формы).

Если требуется непрямая пульпотерапия (рог пульпы расположен слишком близко от дна кариозной полости), ее проводят с помощью точечно наносимых кальцийсодержащих препаратов с изоляцией гибридным СИЦ.

Препарированная полость покрывается слоем адгезива.

Нанесение композита производится послойно с фотополимеризации каждого слоя, желательно диспенсером. Толщина слоя не должна превышать 2-2,5 мм.

Время облучения светом берется из инструкции к материалу, обычно оно составляет несколько десятков секунд.

Сразу после окончания пломбирования проводят финишную обработку и полировку.

Создание истинных наполнителей

Истинные нанокомпозиты применяются в стоматологической практике чаще, поскольку обладают лучшими прочностными и эстетическими характеристиками.

В качестве наполнителя этого материала применяется несколько типов наноформирователей:

  • несвязанные частицы циркония размером 5—11 нм;
  • свободные микроскопические частички кремния размером не более 20 нм;
  • агломерированные кластеры, соединяющие в себе цирконий и кремний.

В результате соединения в одной смеси наномеров и нанокластеров, величиной около 1 мкм, достигается получение уникального материала с высокой степенью наполненности и минимальным количеством пустот.

Благодаря объединению ультра мелких частиц наполнителя и более объемных нанокластеров, истинный нанокомпозитный материал обладает следующими свойствами:

  • пластичность;
  • низкий коэффициент усадки;
  • высокий уровень прочности;
  • быстрое получение блеска и его сохранение в течение длительного периода времени.

Критерии выбора зубных пломб – как выбрать пломбу правильно?

Как правило, выбор пломбы пациенты доверяют лечащему стоматологу. Но никому не помешает знание показаний или противопоказаний к тем или иным видам пломбировочного материала, особенностей выбора по различным критериям, на случай, если вы вдруг сами окажетесь перед выбором – какую же пломбу поставить.

Главные критерии, которым руководствуются пациенты при выборе пломб:

  1. Стоимость.
  2. Эстетический вид.
  3. Прочность.
  1. Чтобы отреставрировать передние зубы, не рекомендуется экономить на материале. Лучше всего для передних зубов подойдут световые композитные пломбы.
  2. На боковые жевательные зубы можно ставить химические композиты – они обладают определенной прочностью.
  3. Цементные пломбы на любые зубы рекомендуется не ставить. Так как срок их службы – не более 2-3 лет, но они могут разрушиться ещё и до этого срока, так как легко откалываются, растворяются слюной.
  4. При установке коронок на зубы можно использовать пломбу из химического композитного материала – он довольно прочный и крепко сцепляется со стенками зубной полости при реставрации.

При посещении стоматологического кабинета пациенту необходимо поинтересоваться у врача, какими пломбировочными материалами располагает клиника, в чем их различие, какие есть недостатки и преимущества у каждого.

Профессионал своего дела обязательно поможет сделать выбор «золотой середины» — пломбы, которая устроит пациента по всем параметрам.

Загрузка.

Производители

Нанокомпозитные материалы пользуются огромной популярностью в современной стоматологической практике.

Этот вид массы для реставрации поврежденных зубов присутствует в ассортименте большинства крупных компаний, занимающихся выпуском продукции стоматологического назначения.

Filtek Supreme XT

Предложения производителей

Данный реставрационный материал компании 3M ESPE относится к категории истинных нанокомпозитов. В его составе присутствуют ультрамелкие наномеры и более крупные нанокластеры. Наполненность вещества достигает практически 78%.

Реставрационный материал представлен широкой цветовой гаммой. В распоряжении специалистов по восстановлению целостности элементов челюстной линии присутствует более 30 оттенков вещества, что позволяет идеально повторить естественный цвет эмали пациента.

При этом специалист имеет возможность применять как многослойную, так и однослойную технику нанесения материала.

Нанокомпозит Filtek Supreme XT обладает следующими достоинствами:

  • способность удерживать блеск;
  • сочетание прочности гибридных композитных материалов и эстетики микрофильных смесей;
  • возможность применения для восстановления как фронтальных, так и жевательных зубов;
  • простота в применении, благодаря невысокой тягучести и липкости.

По мнению специалистов, работающих с материалом, его можно применять во время прямой и непрямой реставрации, исправления эстетических эффектов, герметизации фиссур и ямок.

Экспертная оценка коронок Noritake и отзывы пациентов об изделиях.

В этой публикации предлагаем подробное описание металлокерамических коронок Duceram.

Методы реставрации

Этапы реставрации зубов композитными материалами

Как осуществляется композитная реставрация зубов? Выбор метода определяется видом пораженного зуба (фронтальный или жевательный), а также объемом повреждений.

Рассмотрим их более детально:

  1. Виниры. Представляют собой тонкие пластинки, предназначенные для покрытия дентальной поверхности. Реставрация такого типа проводится для коррекции визуальных зубных эффектов и защиты от внешних повреждений. Виниры могут использоваться для маскировки расширенных зубных щелей, а также для устранения выраженной желтизны зубной эмали. Изготавливает виниры дантист или зубной техник. Проводится процедура непосредственно в ротовой полости больного. Предварительно врач после местной анестезии снимает часть эмали, чтобы винир не выходил за пределы зубного ряда. После этого контактная поверхность очищается и обезжиривается, а также обрабатывается антисептиком. Композитный материал послойно наносится на поверхность. Каждый слой высушивается при помощи специальной лампы. На заключительном этапе поверхность винира шлифуют и придают ей форму. Таким образом может осуществляться реставрация фронтальных зубов композитным материалом.
  2. Вкладка. Это слепок композита, дублирующий поверхность зуба. Данный элемент изготавливается непрямым методом. Устанавливается композитная вкладка в два этапа. Сперва врач обрабатывает пораженный зуб и снимает слепок зубного ряда. Это поможет определить очертания зуба и прикуса. На этом же этапе определяется цвет вкладки. После этого врач устанавливает временный аналог. По форме слепка из композитного материала изготавливают саму вкладку. Ее устанавливают во время повторного визита к стоматологу. Для установки используют специальные клеящие составы. Граница вкладки должна быть тщательно отполирована. Данную методику сегодня выбирают достаточно редко из-за ее низкой эффективности. При этом стоимость процедуры высокая.
  3. Пломбы. Они также могут изготавливаться из композитных материалов. Сперва проводится подготовка зубной полости. Испорченный участок резца высверливают и придают ему правильную форму. После этого поверхность зачищают для лучшего сцепления с композитом. Зуб изолируют от контакта с жидкими средами и в течение 15 секунд вытравливают при помощи фосфорной кислоты. Далее наносится связующий компонент, затвердевающий под действием фотополимеризатора. Текучий или эластичный композит нужно наносить послойно. Толщина каждого слоя составляет примерно 2 мм. Это необходимо для того, чтобы он затвердевал нужным образом. При нанесении слоев стоматолог обычно придает зубу физиологическую форму. Перед заключительной полировкой врач проверяет укус. Выступающие элементы пломбы не должны доставлять пациенту дискомфорт при жевании.

Рекомендации после процедуры фотополимерного пломбирования

После пломбирования зубов стоматологи обычно дают пациентам советы, что можно делать после пломбирования, а с чем следует повременить. Временные ограничения накладываются для блага пациента – они преследуют цель продлить срок службы реставраций и их эстетичность, и касаются тех моментов, когда можно есть, курить сигареты и контактировать с агрессивными красителями.

О сигаретах после пломбирования зубов фотополимерами желательно забыть на два часа. Перед принятием пищи нужно выждать час-полтора. Пить воду можно, когда захочется, а вот черный чай, кофе, концентрированные соки и другие напитки, которые могут окрасить свежую реставрацию, рекомендуют пить не раньше, чем через сутки после пломбирования. Также в течение первых постпломбировочных суток женщинам не следует пользоваться яркой помадой.

Порой пломбы необходимо корректировать. Если после пломбирования, когда анестезия перестает действовать и чувствительность возвращается, пациент чувствует, что пломба мешает, необходимо сообщить об этом стоматологу. Также дантист должен знать о любых других дефектах реставрации, если они обнаружатся.

Источник: cosmeton.ru

 

Структура нанокомпозитов

В научном издании “Nanocomposite science and technology” нанокомпозит определяется как многокомпонентный твердый материал, в котором один из компонентов в одном, двух или трех измерениях имеет размеры, не превышающие 100 нанометров; также под нанокомпозитами понимаются структуры, состоящие из множества повторяющихся  компонентов-слоев (фаз), расстояние между которыми измеряется в десятках нанометров.

 

Нанокомпозитные материалы

 

Хотя подобный термин иногда употребляют для обозначения коллоидов, гелей или ко-полимеров, в первую очередь его следует соотносить с классом твердых образований, состоящих из основной матрицы и наноразмерного компонента, различающихся между собой по структурным параметрам и химическим свойствам. При этом механические, электрические, термические, оптические и иные характеристики нанокомпозитов заметно разнятся со свойствами обыкновенных композитных материалов, изготовленных из тех же базовых веществ или элементов.

Хотя нанокомпозиты можно встретить в природных объектах, к примеру, в костях живых организмов, нас больше интересует, как производятся и применяются искусственные нанокомпозитные материалы. Использовать нанокомпозиты начали еще в середине прошлого века, когда еще полностью не представляли себе их физическую и химическую сущность. Первыми нанокомпозитными материалами были реологические органоглины,  полученные для нужд промышленности, и косметические средства.

 

Виды нанокомпозитных материалов

В зависимости от типа основной матрицы, занимающей большую часть объема нанокомпозитного материала, нанокомпозиты принято подразделять на три категории. Нанокомпозиты на основе керамической матрицы улучшают оптические и электрические свойства первоначального материала (керамического соединения, состоящего из смеси оксидов, нитридов, силицидов и т.д.). В нанокомпозитах на основе металлической матрицы так называемым усиливающим материалом (нанокомпонентом) часто служат углеродные нанотрубки, повышающие прочность и электрическую проводимость. Наконец полимерные нанокомпозиты содержат полимерную матрицу с распределенными по ней наночастицами или нанонаполнителями, которые могут иметь сферическую, плоскую или волокнистую структуру.

Нанокомпозитные материалы

Именно полимерные нанокомпозиты особенно востребованы в последнее время, потому было предложено много различных вариантов нанонаполнителей, усиливающих и изменяющих свойства полимеров. В качестве матрицы в этом виде нанокомпозитов применяют полипропилен, полистирол, полиамид или нейлон, а нанокомпонентами выступают частицы оксидов алюминия или титана, либо углеродные, а также кремниевые нанотрубки и волокна. Нанокомпозиты на основе полимеров отличаются от обычных полимерных композитных материалов меньшим весом и при этом большей ударопрочностью и износостойкостью, а также хорошим сопротивлением химическим воздействиям, что позволяет использовать их в военных и аэрокосмических разработках. Главное условие для создания полимерного нанокомпозита с необходимыми свойствами заключается в полной совместимости основного материала и добавляемых к нему наночастиц, однако не менее важно для конечного результата правильно распределить наночастицы на полимере. Потому производство нанокомпозитов  представляет собой высокотехнологичную отрасль и требует проведения серьезных научных исследований в области нанотехнологий.

 

Применение нанокомпозитных материалов

Нанокомпозиты благодаря своим впечатляющим физическим и химическим характеристикам способны принести пользу в самых разных сферах производства, электроники и даже медицины.

Например, исследователям, занимающимся нанокомпозитами, удалось изобрести метод создания анодов из кремниевых наносфер и углеродных наночастиц для литиевых элементов питания. Аноды, изготовленные из кремниево-углеродного нанокомпозита, намного более плотно прилегают к литиевому электролиту, уменьшая вследствие этого время зарядки или разрядки устройства. Из нанокомпозитов, состоящих из целлюлозной основы и нанотрубок, можно производить токопроводящую бумагу. Если такую бумагу поместить в электролит, появится нечто вроде гибкой батареи. Также в электронной промышленности нанокомпозиты собираются применять для получения термоэлектрических материалов, демонстрирующих сочетание высокой электропроводности с низкой теплопроводностью.

 

Нанокомпозитные материалы

 

Особое место в разработке нанокомпозитных материалов занимает графен. Нанокомпозит, содержащий графен и олово, представленный группой ученых из Национальной Лаборатории им. Лоуренса Беркли Департамента Энергетики Правительства США (the U.S. Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory), способен заметно увеличить емкость литий-ионных аккумуляторов и уменьшить их вес. Недавно было установлено, что добавление графена к эпоксидным композитам приводит к увеличению жесткости и прочности материала по сравнению с композитами, содержащими углеродные нанотрубки. Графен лучше соединяется с эпоксидным полимером, более эффективно проникая в структуру композита. Нанокомпозиты на основе графена можно использовать при производстве компонентов авиатехники, которые должны оставаться одновременно легкими и устойчивыми к физическому воздействию.

Нанокомпозиты на основе полимерных матриц и нанотрубок способны изменять свою электрическую проводимость за счет смещения нанотрубок относительно друг друга под влиянием внешних факторов. Это свойство можно применить для создания микроскопических сенсоров, определяющих интенсивность механического воздействия за сверхкороткие промежутки времени.

Нанокомпозитные материалы

Ученые также надеются, что нанокомпозиты помогут ускорить восстановление структуры поврежденных костей, если вдоль них установить направляющие рост и регенерацию тканей костей шарниры, сделанные из полимерного нанокомпозита, содержащего нанотрубки. А в 2012 другая группа исследователей предложила использовать нанокомпозиты в стоматологии для восстановления зубной эмали. Есть уверенность и в том, что если соединить магнитные частицы с флуоресцирующими частицами,  появится возможность получить материал, которому присущи оба эффекта. За счет магнитных качеств такого нанокомпозита можно быстрее и проще обнаружить опасные образования в организме, а во время оперативного вмешательства подсветка облегчит работу хирургам.

 

Нанокомпозитные материалы

 

Нанокомпозиты, содержащие частицы оксида циркония и обладающего отличными каталитическими свойствами, по мнению синтезировавших их ученых из Ирана, пригодятся не только в фармакологии и медицине, но и в процессе очистки объектов окружающей среды от органических загрязнителей, а также для их переработки в безопасные материалы («зеленая химия»).

 

Нанокомпозитные материалы

 

В автомобильной промышленности из нанокомпозитных материалов можно изготавливать различные элементы интерьера, электронного оборудования, систем безопасности, шин, модулей двигателей автомобилей. Это позволит снизить общий вес конструкции, сократить выбросы углекислого газа, увеличив помимо того и эффективность самого двигателя, снизить износ деталей и частей корпуса, повысить прочность автомобильного кузова и надежность бортовой электроники.

———

В интерактивном мире все больше людей отдают предпочтение электронным системам. Это удобно и меньше тратиться времени. Вашему вниманию представлена система электронной очереди. Более детально ознакомиться с ее возможностями можно на сайте http://www.studioer.ru.

Источник: infuture.ru

Структура нанокомпозитов

В научном издании “Nanocomposite science and technology” нанокомпозит определяется как многокомпонентный твердый материал, в котором один из компонентов в одном, двух или трех измерениях имеет размеры, не превышающие 100 нанометров; также под нанокомпозитами понимаются структуры, состоящие из множества повторяющихся компонентов-слоев (фаз), расстояние между которыми измеряется в десятках нанометров.

nanocomposites2_cr.jpg Рис. 1.

Хотя подобный термин иногда употребляют для обозначения коллоидов, гелей или ко-полимеров, в первую очередь его следует соотносить с классом твердых образований, состоящих из основной матрицы и наноразмерного компонента, различающихся между собой по структурным параметрам и химическим свойствам.

При этом механические, электрические, термические, оптические и иные характеристики нанокомпозитов заметно разнятся со свойствами обыкновенных композитных материалов, изготовленных из тех же базовых веществ или элементов.

Хотя нанокомпозиты можно встретить в природных объектах, к примеру, в костях живых организмов, нас больше интересует, как производятся и применяются искусственные нанокомпозитные материалы. Использовать нанокомпозиты начали еще в середине прошлого века, когда еще полностью не представляли себе их физическую и химическую сущность.

Первыми нанокомпозитными материалами были реологические органоглины, полученные для нужд промышленности, и косметические средства.

Виды нанокомпозитных материалов

В зависимости от типа основной матрицы, занимающей большую часть объема нанокомпозитного материала, нанокомпозиты принято подразделять на три категории.

  • Нанокомпозиты на основе керамической матрицы улучшают оптические и электрические свойства первоначального материала (керамического соединения, состоящего из смеси оксидов, нитридов, силицидов и т.д.).
  • В нанокомпозитах на основе металлической матрицы так называемым усиливающим материалом (нанокомпонентом) часто служат углеродные нанотрубки, повышающие прочность и электрическую проводимость.
  • Наконец полимерные нанокомпозиты содержат полимерную матрицу с распределенными по ней наночастицами или нанонаполнителями, которые могут иметь сферическую, плоскую или волокнистую структуру.

image_2012-07-10_22-07-32.png Рис. 2.

Именно полимерные нанокомпозиты особенно востребованы в последнее время, потому было предложено много различных вариантов нанонаполнителей, усиливающих и изменяющих свойства полимеров.

В качестве матрицы в этом виде нанокомпозитов применяют полипропилен, полистирол, полиамид или нейлон, а нанокомпонентами выступают частицы оксидов алюминия или титана, либо углеродные, а также кремниевые нанотрубки и волокна. Нанокомпозиты на основе полимеров отличаются от обычных полимерных композитных материалов меньшим весом и при этом большей ударопрочностью и износостойкостью, а также хорошим сопротивлением химическим воздействиям, что позволяет использовать их в военных и аэрокосмических разработках.

Главное условие для создания полимерного нанокомпозита с необходимыми свойствами заключается в полной совместимости основного материала и добавляемых к нему наночастиц, однако не менее важно для конечного результата правильно распределить наночастицы на полимере.

Потому производство нанокомпозитов представляет собой высокотехнологичную отрасль и требует проведения серьезных научных исследований в области нанотехнологий.

Применение нанокомпозитных материалов

Нанокомпозиты благодаря своим впечатляющим физическим и химическим характеристикам способны принести пользу в самых разных сферах производства, электроники и даже медицины.

Например, исследователям, занимающимся нанокомпозитами, удалось изобрести метод создания анодов из кремниевых наносфер и углеродных наночастиц для литиевых элементов питания. Аноды, изготовленные из кремниево-углеродного нанокомпозита, намного более плотно прилегают к литиевому электролиту, уменьшая вследствие этого время зарядки или разрядки устройства. Из нанокомпозитов, состоящих из целлюлозной основы и нанотрубок, можно производить токопроводящую бумагу. Если такую бумагу поместить в электролит, появится нечто вроде гибкой батареи. Также в электронной промышленности нанокомпозиты собираются применять для получения термоэлектрических материалов, демонстрирующих сочетание высокой электропроводности с низкой теплопроводностью.

image_2012-07-10_23-07-06.jpg Рис. 3.

Особое место в разработке нанокомпозитных материалов занимает графен. Нанокомпозит, содержащий графен и олово, представленный группой ученых из Национальной Лаборатории им. Лоуренса Беркли Департамента Энергетики Правительства США (the U.S. Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory), способен заметно увеличить емкость литий-ионных аккумуляторов и уменьшить их вес.

Недавно было установлено, что добавление графена к эпоксидным композитам приводит к увеличению жесткости и прочности материала по сравнению с композитами, содержащими углеродные нанотрубки. Графен лучше соединяется с эпоксидным полимером, более эффективно проникая в структуру композита. Нанокомпозиты на основе графена можно использовать при производстве компонентов авиатехники, которые должны оставаться одновременно легкими и устойчивыми к физическому воздействию.

Нанокомпозиты на основе полимерных матриц и нанотрубок способны изменять свою электрическую проводимость за счет смещения нанотрубок относительно друг друга под влиянием внешних факторов. Это свойство можно применить для создания микроскопических сенсоров, определяющих интенсивность механического воздействия за сверхкороткие промежутки времени.

1-s2_0-s026635380500285x-gr8.jpg Рис. 4.

Ученые также надеются, что

нанокомпозиты помогут ускорить восстановление структуры поврежденных костей, если вдоль них установить направляющие рост и регенерацию тканей костей шарниры, сделанные из полимерного нанокомпозита, содержащего нанотрубки. А в 2012 другая группа исследователей предложила использовать нанокомпозиты в стоматологии для восстановления зубной эмали. Есть уверенность и в том, что если соединить магнитные частицы с флуоресцирующими частицами, появится возможность получить материал, которому присущи оба эффекта. За счет магнитных качеств такого нанокомпозита можно быстрее и проще обнаружить опасные образования в организме, а во время оперативного вмешательства подсветка облегчит работу хирургам.

a0445648.jpg Рис. 5.

Нанокомпозиты, содержащие частицы оксида циркония и обладающего отличными каталитическими свойствами, по мнению синтезировавших их ученых из Ирана, пригодятся не только в фармакологии и медицине, но и в процессе очистки объектов окружающей среды от органических загрязнителей, а также для их переработки в безопасные материалы («зеленая химия»).

id23934_1.jpg Рис. 6.

В автомобильной промышленности из нанокомпозитных материалов можно изготавливать различные элементы интерьера, электронного оборудования, систем безопасности, шин, модулей двигателей автомобилей. Это позволит снизить общий вес конструкции, сократить выбросы углекислого газа, увеличив помимо того и эффективность самого двигателя, снизить износ деталей и частей корпуса, повысить прочность автомобильного кузова и надежность бортовой электроники.

Источник(и):

1. infuture.ru


Источник: www.NanoNewsNet.ru

  Композиционные материалы, представляющие собой гетерогенные системы, содержащие, по крайней мере, одну фазу с размером структурного элемента менее 100 нм называются нанокомпозитными материалами. В основу создания нанокомпозитов положено объединение в одном материале лучших свойств составляющих его компонентов, направленных на улучшение его физико-механических, химических, магнитных, высокотемпературных свойств, на стабилизацию наноструктуры при получении нанокомпозита, а также в процессе его эксплуатации. На рис. 5.1 приведена блок-схема изменения механических свойств современных материалов.
Нанокомпозитные материалы
Рис. 5.1. Области перспективного развития современных материалов [1]

В настоящее время получены десятки нанокомпозитов с высокими физико-механическими свойствами. К. Нишихара впервые классифицировал нанокомпозиты исходя из геометрических размеров зерен матрицы и частиц второй фазы [2]. Описанные и разработанные до настоящего времени нанокомпозиты представляют собой микро-нанокомпозиты, а не нано-нанокомпозиты, в которых матрица и различные включения имеют наноразмеры. Для нанокомпозитов требуется новая классификация, в которой матрица является нанокристаллической, а вторая фаза может быть разной дисперсности и морфологии (рис. 5.2) [2].
Нанокомпозиты заслуживают отдельного рассмотрения, так как существует огромное количество научных публикаций, монографий по их получению и изучению физико-механических и химических свойств. Более подробно некоторые физико-механические, теплофизические свойства нано-нанокомпозитов, полученных в виде нанокристаллических покрытий, рассмотрены в разделе 8 «Структура и свойства наноструктурированных пленок, покрытий». В данном разделе кратко рассмотрены свойства
нанокомпозитов, у которых матрица выполнена из полимера, а второй фазой являются различные наночастицы металлов.
Нанокомпозитные материалы
Рис. 5.2. Типы нанокомпозитов [2, 3]: а — нано-нано; б — нано-микро; в — нано-наноусы; г — нано-нанослой

Нанополимерные композиты. Новым направлением в создании полимерных композиционных материалов является нанополимерное материаловедение. Свойства композиционных материалов не могут превосходить свойств отдельных его фаз или межфазных слоев. Для получения полимерных нанокомпозитов в качестве второй фазы используют наночастицы, при этом необходимо учитывать размеры и топологию поверхности этих частиц (рис. 5.3).
Нанокомпозитные материалы
Рис. 5.3. Слоистые нанокомпозиты на основе алюмосиликата и полимера с низким и высоким его содержанием [4, 5]

Наибольшие успехи в получении нанокомпозитов были достигнуты при применении золь-гель технологии, в которой исходными компонентами служат алкоголяты некоторых химических элементов и органические олигомеры.
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.
Нанокомпозиты на основе керамики и полимеров сочетают в себе качества составляющих компонентов: гибкость, упругость, перерабаты- ваемость полимеров и характерные для стекол твердость, устойчивость к износу, высокий показатель светопреломления. Благодаря этому улучшаются многие свойства материалов по сравнению с исходными компонентами [6 — 9].
Слоистые нанокомпозиты создают на основе керамики и полимеров с использованием природных неорганических структур, таких как монтмориллонит или вермикулит, которые встречаются, например, в глинах. Слой монтмориллонита толщиной ~ 1 нм в ходе реакции ионного обмена насыщают мономерным предшественником с активной концевой группой, а затем проводят полимеризацию.
По сравнению с чистым полиимидом влагопроницаемость полиамидного нанокомпозита, содержащего всего 2 мас. % силиката, снижается на 60 %, а коэффициент термического расширения — на 25 %. Основная проблема при создании слоистых нанокомпозитов на основе керамик — обеспечить равномерное раскрытие слоистых структур и распределение мономера по материалу.
Известно, что металлические и полупроводниковые нанокластеры, являющиеся второй фазой полимерных нанокомпозитов можно приготовить по-разному: испарением или распылением металлов, восстановлением их солей и другими способами. Например, 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. 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.
Нанокомпозиты можно получать также совместным осаждением паров металла и активного предшественника (пара-циклофана) с последующей его полимеризацией. Молекулы п-циклофана, проходя через пиролизную зону ~ 600° С, превращаются в активный интермедиат, который осаждается на холодной подложке вместе с атомами металла или молекулами полупроводника. Затем в реакции термической полимеризации или фотополимеризации образуется поли-п-ксилилен (или его производные), а в полимерной матрице возникают неорганические наночастицы или кластеры размером от 1 до 20 нм (в зависимости от химической структуры предшественника и условий полимеризации). Частицы в основном локализованы в аморфных областях полимера и организованы в сверхрешетку.
Такой способ позволяет получать тонкие пленки, содержащие атомы разных металлов и других веществ (например, фуллерен С60); легко варьировать концентрацию компонентов; создавать нанокомпозиты высокой чистоты. Полученные таким методом нанокомпозиты на основе разных металлов или полупроводников и поли-п-ксилилена обладают необычными фотофизическими, магнитными, каталитическими и сенсорными свойствами [12]. Так при низком содержании металла наночастицы не взаимодействуют между собой, поскольку разделены матрицей. В этом случае электросопротивление исследуемых пленок максимально ~10 Ом. Если концентрацию металла увеличить, сопротивление образцов может снизиться до 100 Ом.
Нанокомпозиционные материалы получают также на основе блоксо- полимеров. Соединяясь, друг с другом, они образуют блок, или домен, многократно повторяющийся в полимерной цепочке.
Магнитные свойства полимерных нанокомпозитов, содержащих частицы железа (~ 20 нм), которые имеют оксидные поверхностные пленки, оказывали влияние на относительно высокое значение коэрцитивной силы (20800 А/м).
На рис. 5.4 представлена зависимость намагниченности от индукции магнитного поля для частиц Fe, покрытых полимером.
Нанокомпозитные материалы
Рис. 5.4. Зависимость намагниченности от величины поля [10]

Обращает на себя внимание острое переключение около нулевой области поля. Такие зависимости наблюдаются только для частиц с покрытием. Полимерная матрица влияет на магнитное взаимодействие, анизотропию, при этом герметизируя отдельные наночастицы. Технология приготовления таких материалов включала введение пентакарбонила железа в мономер стирола и воздействие микроволновой плазменной системой. Средний размер частиц 15 — 20 нм.
Известно, что взаимодействие полимера с наночастицами осуществляется двумя принципиально различными способами — физическим или химическим. Нековалентное взаимодействие наночастиц с макромолекулой весьма слабо (порядка 10 Дж/м ). В случае хемосорбции эффективность такого взаимодействия определяется числом полярных групп адсорбированного полимера на единице поверхности независимо от формы макромолекул. При этом важно не только присутствие в полимере определенных функциональных групп, но и их интенсивное взаимодействие с поверхностными атомами наночастиц. В системах на основе нерастворимых полимеров процессы получения нанокомпозитов существенно усложняются из-за диффузии восстанавливаемых ионов в полимерную матрицу [16 _ 19].
В порах матрицы по методу противоточной диффузии локализуются наночастицы восстановленного металла, образующиеся через последовательные стадии: проникновение ионов металла и восстановителя в полимерную матрицу, диффузия реагентов в глубь матрицы и химической реакции. Размер генерируемых наночастиц зависит от условий взаимодействия и параметров пористой структуры полимера и в меньшей степени _ от природы металла. Повышение содержания металла в полимере достигается преимущественно путем роста размеров частиц, а не их числа. При этом структура таких нанокомпозитов, а также распределение металлического слоя вдоль поперечного сечения полимерной матрицы определяются шириной реакционной зоны, которая зависит от соотношений между коэффициентом диффузии D и константы скорости химической реакции к. При D lt;lt; к скорость отложения металлических частиц лимитируется скоростью диффузии, при этом ширина реакционной зоны минимальна. При D gt;gt; к реакционная зона распространяется на все поперечное сечение полимерной пленки. Регулируя соотношение между этими параметрами (вязкостью раствора, температурой, концентрацией реагентов и др.), можно получать нанокомпозитные материалы с различными модельными схемами. В зависимости от природы полимерной матрицы при восстановлении ионов металлов могут образовываться нанокомпозиты различного химического состава. Например, при восстановлении Cu2+ в набухающих матрицах (поливиниловый спирт, целлюлоза и др.) образуется оксид меди, в пористых (полиэтилен, политетрафторэтилен) _ преимущественно медь.
Одним из способов формирования металлополимеров является высокоскоростное термическое разложение прекурсоров (чаще всего карбонилов металлов) в растворе расплава полимеров. В расплаве сохраняется ближний порядок структуры исходного полимера, а имеющиеся в нем пустоты становятся доступными для локализации образующихся частиц. В первую очередь они внедряются в межсферолитные области полимерной матрицы, в пространство между ламелями и в центры сферолитов. При этом наблюдается сильное взаимодействие между наночастицами и полимерными цепями.
Наногетерогенными композиционными материалами являются и продукты, полученные восстановлением ионов металлов в нанопорах полимеров как в нанореакторах, например в ионообменных смолах. В них поры выполняют функции транспортных артерий для проникновения наноразмерных частиц или их прекурсоров в приповерхностный слой полимера.
По размерам они делятся на три типа: микропоры (r lt; 1,5 нм), мезопо- ры, или переходные поры (г = 1,5 — 30 нм) и макропоры (г = 30 — 6400 нм). Поры могут быть замкнутые и сквозные.
Полимеры, как правило, содержат поры самых разных типов, размеров и формы. Схема формирования наночастиц в привитом слое показана на рис. 5.5.
Нанокомпозитные материалы
Рис. 5.5. Принципиальная схема формирования наночастиц в привитом слое: 1 — полиэтилен; 2 — промежуточный слой; 3 — привитая ПАК [13]

Метод Ленгмюра-Блоджетт, являясь аналогом молекулярно-лучевой эпитаксии, позволяет создавать двумерные и многослойные системы и сверхрешетки на базе органических и биологических молекул и их сочетания. С использованием этой техники можно создавать наноразмерные органические и биоорганические системы на твердых подложках. Например, с использованием вышеупомянутого метода Ленгмюра-Блоджетт были получены сверхтонкие (~1 нм) пленки из сополимера винилиденфтори- да с трифторэтиленом (ПВДФ, ТрФЭ), в которых впервые обнаружено явление двумерного сегнетоэлектричества (рис. 5.6).
Нанокомпозитные материалы
Рис. 5.6. Иллюстрация сегнетоэлектрического эффекта в ультратонких слоях сополимера винилиденфторида с трифторэтиленом (ПВДФ): а — структура полимерной молекулы; б — СТМ-изображение монослоя (ПВДФ, ТрФЭ) [15]

Синтез металлсодержащих полимеров на основе низкотемпературной твердофазной полимеризации n-ксилиленовых мономеров в присутствии различных металлов показывает, что мономеры, образующиеся при пиролизе соответствующих n-циклофановых соединений, отличаются высокой реакционной способностью в твердом состоянии даже при низких температурах. Проводимость полученных поли-п-ксилиленовых композитных пленок с наночастицами металлов существенно изменяется под влиянием различных химических соединений в окружающей атмосфере. В зависимости от природы и содержания металлических наночастиц проводимость пленок «откликается» на различные соединения. Такие пленки могут «работать» как селективные и чувствительные сенсоры на состояние окружающей среды. В полимерных композитных материалах наночастицы ферромагнитного материала являются ферромагнитными монодоменами, изолированными в матрице немагнитного полимерного материала. Такие пленки с высоким содержанием наночастиц открывают новые перспективы для создания магнитных систем с высокой плотностью записи и хранения информации. Так, к примеру, в работе [15] описано влияние магнитного поля на проводимость полученных пленок с частично окисленными наночастицами железа, содержащими железное ядро, окруженное оболочкой оксидов железа.
В исследованном интервале U (от 0 до 50 В) изменение проводимости под действием магнитного поля очень мало на границах интервала и достигает максимального значения 34 % при U около 30 В. После выключения магнитного поля проводимость пленки быстро возвращается к исходному значению, так что эффект магнитного поля является обратимым. После полного окисления наночастиц эффект отрицательного магнитного сопротивления пленки исчезает. Это, по-видимому, обусловлено особенностями переноса электронов в магнитном поле.
Если, к примеру, взять двухфазную систему, состоящую из металлических наноразмерных частиц в непроводящей матрице, то свойства такой системы будет зависеть от объемной концентрации металлической фазы М. При М gt; Мс — 0,5 в нанокомпозите. При этом мы имеем распространяющийся на весь образец перколяционный металлический кластер — разветвленная «сетка», состоящая из контактирующих друг с другом металлических частиц. Проводимость такой системы носит металлический характер. При малой доле металлической фазы (М lt; Мс) проводимость осуществляется путем туннелирования носителей заряда между отдельными частицами (гранулами) нанокомпозита.
Интересны свойства нанокомпозитов с гранулами из ферромагнитного металла. При М gt; Мс образец содержит «бесконечный» ферромагнитный кластер и его магнитные свойства близки к свойствам объемного металла с четко выраженной температурой Кюри. При достаточно малом размере гранул (не более ~ 10 — 100 нм в зависимости от их материала) они являются однодоменными, а направление их магнитного момента определяется «игрой» между ориентирующим действием внешнего магнитного поля и стабилизирующим действием магнитной анизотропии — кристаллической или геометрической.
Вероятность межгранульных туннельных переходов зависит от взаимной ориентации магнитных моментов гранул, которой можно управлять с помощью внешнего магнитного поля. Это приводит к эффекту так называемого «гигантского» магнитосопротивления, заключающегося в очень большом (по сравнению с обычными металлами) относительном изменении сопротивления таких нанокомпозитов в магнитном поле, достигающем нескольких десятков процентов. С помощью температуры или магнитного поля можно эффективно (т.е. существенно и обратимо) изменять различные свойства нанокомпозитов, что, в принципе, открывает возможности их практического применения. Так, к примеру, в [20] сообщалось о разработке нового типа нанокомпозитного материала, который представляет собой тонкодисперсный металлический порошок в связующем материале типа непроводящего эластомера. При этом указывается, что проводимость такого материала меняется на несколько порядков при различных деформациях (сжатии, кручении или растяжении). Это явление, связанное с физической природой туннельной проводимости нанокомпозитов и имеющее очень серьезные перспективы практического применения.
Особый интерес представляет получение материалов с распределенными в неорганической матрице наночастицами или кластерами металлов, что связано не только с использованием их в катализе и электротехнике, но и с разработкой «стелс-технологий».
Контрольные вопросы Что такое нанокомпозиционный материал? В чем заключается отличие металлического нанокомпозита от полимерного? Какие существуют типы накомпозитов? Как изменяются магнитные свойства полимерных композитов? Приведите примеры формирования металлополимерных нанокомпозитов.
Литература к разделу 5 Veprek S., Argon A. S. Towards the understanding of the mechanical properties of super- and ultrahard nanocomposites // J. Vac. Sci. and Technol. — 2002. Vol. 20, No. 2. — P. 650-664. Niihara K., Nakahira A., Sekino T. Nanophase and Nanocomposite Materials // Mater. Res. Soc. Symp. Vol. 286. / Ed. By S. Komareneni, J. C. Parker, G. J. Thomas. — Pittsburgh. — 1993. — P. 405-411. Рагуля А. В., Скороход В. В. Консолидированные наноструктурные материалы. — К.: Наукова думка, 2007. — 374 с. Kelly P., Akelah F., Moet A. Reduction of residual stress in montmorillionite epoxy compounds // J. Mat. Sci. — 1994. — Vol. 28. — P. 2274-2280. Чвалун С. Н. Полимерные нанокомпозиты // Природа. — 2002. — № 7. — С. 2
12. Kuntz J. D., Zhan G.-D., Mukherjee A. K. Nanocrystalline — matrix ceramic composites for improved fracture toughness // MRS Bulletin. — 2004. — No. 1. — Р. 22-27. Wilson J. L. et al. Synthesis and Magnetic Properties of Polymer Nanocomposites with Emedded Iron Nanoperticles // Journal of Applied Physics. — 2004. Vol. 95(3). — P. 1439-1443. Долгошей В. Б. Теплофiзичнi властивост наноструктурованих поль мерiв: Автореферат дис. … канд. фiз.-мат. наук. — К.: 1нститут хiмil висо- комолекулярних сполук НАН Украши. — 2002. — 18 с. Tuominen M. et al. Functional Nanostructures Based On Polymeric Templates // NSF Partnership in Nanotechnology Conference. — 2001. — Jan. — P. 29-30. Strikanth H. et al. Magnetic studes of polymer- cjfted Fe nanoparticles synthesized by microwave plasma polymerization // Applied Physics Letters. — — Vol. 79, № 21. — P. 45-51. Biswas A. et al. Controlled Generation of Ni Nanoparticles in the Capping layers of Teflon AF by Vapour — Phase tandem Evaporation // Nano Letters. — 2003. — Vol. 3, No. 1. — P. 69-73. Gerasimov G. N., Sochilin V. A., Chvalun S. N. et al. Cryochemical syn-
thess and structure of metalcomtaining polypcylylencs:              system poly
(chloropxylylene) Ag // Macromol Chem. Phys. — 1996. — Vol. 197. — P. 13871393. Помогайло А. Д. Металлополимерные нанокомпозиты с контролируемой молекулярной архитектурой // Российский химический журнал. — — Т. XLМI. — № 5. — С. 64-73. Сергеев Г. Б. Размерные эффекты в нанохимии // Российский химический журнал. — 2002. — Т. XLVI. — № 5. — С. 22-29. Ковальчук М. В. Органические наноматериалы, наноструктуры и нанодиагностика // Вестник Российской академии наук. — 2003. — Т. 73. — № 5. — С. 405-409. Трахтенберг Л. И. и др. Нанокомпозитные металополимерные пленки, сенсорные, каталитические и электрофизические свойства // Вестник Московского университета. Серия химия. — 2001. — Т. 42. — № 5. — С. 325-331. Garsia M., Zhao Y. -W. Magnetoresistance in excess of 200 % in Ballistic Ni Nanocontacts at Room Temperature and 1000e // Phys. Rev. Lett. — 1999. — Vol. 82 (14). — P. 2923-2926. Андриевский Р. А. Наноматериалы: концепция и современные проблемы // Рос. хим. журнал. — 2002. — Т. XLVI, № 5. — С. 50-56. Дементьева О. В. и др. Новый подход к исследованию поверхностных слоев стеклообразных полимеров // Бутлеровские сообщения. — 2001. — № 4. — С. 1-5. Лагутин А. С., Ожегин В. И. Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперименте. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 192 с. Tarasov K. A., Isupov V. P., Bokhonov B. B. еt al. Formation of nanosized metal particles of cobalt, nickel and copper in the matrix of layered double hydroxide // Journal of Matherial Sinthesis and Processing. — 2000. — Vol. 8, No. 1 — Р. 21-27.

Источник: uchebnikfree.com


Leave a Comment

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.