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近年来，由粉末制成的纳米复合材料在材料领域一直属于新星般的存在，许多人认为它有可能彻底改变材料科学，并开创一个先进功能材料的新时代。尽管纳米复合材料已经取得了许多进展，但来自日本爱知县丰桥技术大学的武藤博之和他的助手Wai Kian Tan认为，人类目前仍尚未发掘出纳米材料全部的潜力。武藤解释说："很多材料科学家正在尝试制造许多新的纳米结构，但纳米复合材料的潜力仍有待实现，因为传统的粉末混合方法和基于悬浮液的技术不足以实现精确的结构形成"。
△可控、集成的纳米颗粒微观结构
武藤教授解释说：“我们将问题归结为缺乏对纳米颗粒的控制，纳米粉末的机械混合往往导致纳米颗粒结块，从而产生更大的结构或不均匀的混合物，这影响了所需的性能。例如，结块可能意味着需要更多的材料来形成陶瓷和聚合物的导电通路。纳米颗粒有强烈的聚集趋势，无论如何搅拌都无法使它们分散。现在需要的是一种能够对复合材料中的纳米颗粒定位实现更高水平控制的技术。“
△武藤博之（左）和一名学生使用静电吸附组装方法制造纳米复合材料
令人欣喜的是，武藤实验室开发的一种新型静电吸附组装方法则可以很好的解决粉体分散的问题。作为一种自下而上的制造技术，它采用了一种简单的粉末冶金工艺来制造先进的纳米复合材料。具体来说，它涉及到用聚电解质改性添加剂纳米粒子和初级微粒子的表面。这是一个简单但非常有效的概念：给这两种颗粒赋予相反的电荷，可以防止纳米颗粒结块，同时使它们附着在较大的颗粒上。这反过来又允许对主要（较大）颗粒上的添加剂纳米颗粒进行更大的定位控制。
使用陶瓷复合材料的3D打印
虽然三维（3D）打印可以使用广泛的材料，包括聚合物、树脂和金属，但陶瓷的3D打印仍处于起步阶段。其中一个主要原因是陶瓷粉末在用于精确3D打印的激光波长下对光的吸收很差。静电吸附组装方法可以通过用激光吸收的纳米材料均匀地改性陶瓷颗粒来克服这个问题。在最近的一项研究中，Muto和他的团队开发了表现出良好性能的近红外吸收特性的复合颗粒，他们通过直接选择性激光烧结（SLS）对材料进行了打印，效果显著，这表明新材料在3D打印技术方面具有巨大的潜力。
△复合材料颗粒之间的界面表现出渗水的微观结构
另一个涉及调整材料光学特性的应用实例是用聚合物复合材料制造红外滤光片。这些过滤器在可见光波长下是透明的，但表现出红外屏蔽效果，使它们成为汽车挡风玻璃和节能窗等应用的理想选择。Muto的团队通过在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的基体中加入氧化铟锡（ITO）纳米颗粒，使用静电吸附组装方法制造了这种过滤器。它所提供的红外屏蔽水平可以通过改变ITO纳米颗粒的数量来控制。
在提升性能的同时节约资源
新型粉体分散技术有效地使用材料和资源，符合联合国第12个可持续发展目标，即负责任的消费和生产。它的精确性使材料正好沉积在需要的地方，最大限度地减少自然资源的使用，同时提供增强的功能。这方面的一个很好的例子是通过加入导电的碳纳米管来制造导电陶瓷或聚合物。传统的技术需要大量的碳纳米管，因为有结块的问题。相比之下，静电吸附组装方法只需使用0.01%（体积）的碳纳米管就能形成导电路径，比传统技术少了十倍。
Muto的团队已经证明了他们的技术在复合材料设计方面的潜力，通过使用它实现了不同材料在各种结构中的可控组装，包括纳米片、晶须和纤维。这些复合材料在一系列的应用中是非常有前途的，如选择性激光烧结、具有可控光学特性的透明复合陶瓷薄膜和可再生能源技术。
△用纳米片装饰的微细颗粒
实现纳米粉体的全部潜力
武藤和他的团队对静电吸附组装方法的潜力感到兴奋，它可以扭转纳米复合材料中一些以前令人失望的结果。武藤指出："试图使用传统工艺来制造含有纳米级添加剂的产品，往往会导致产品无法达到预期效果。当涉及到纳米级添加剂时，常规工艺往往变得适得其反。"尽管增材制造等技术发展迅速，但其广泛应用的一个限制因素是无法实现精确的粉末集成技术，无法在纳米和微观层面生产各种复合材料。武藤指出，在许多情况下，问题在于使用纳米粉末时，控制复合材料的微观结构变得很有挑战性。他补充说："我们的静电吸附组装方法能够很好地控制最终的微观结构形成。我们的目标是表明，传统的材料工艺可以通过使用这种技术得到改善。"
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