Nadchodzą pancerze nowej generacji. Naukowcy stworzyli nowy materiał

Zespół uczonych pod kierownictwem Ramathasana Thevamarany stworzył maty z nanowłókien, które wykazują właściwości ochronne przewyższające inne obecnie stosowane rozwiązania. Naukowcy zmieszali wielościenne nanorurki węglowe (cylindry węgla o grubości zaledwie jednego atomu) z nanowłóknami kevlarowymi. Uzyskane w ten sposób maty z nanowłókien doskonale rozpraszają energię uderzenia małych pocisków poruszających się z dużymi prędkościami.

To osiągnięcie stanowi podstawę do zastosowania nanorurek węglowych w lekkich, wysokowydajnych materiałach pancernych, np. kamizelkach kuloodpornych nowej generacji. Materiał może być przydatny do budowy osłon statków kosmicznych, które zmniejszają uszkodzenia spowodowane przez przelatujące z dużą prędkością mikroodłamki.

- Materiały oparte na nanowłóknach są bardzo atrakcyjne do zastosowań ochronnych, ponieważ włókna w skali nano mają wyjątkową wytrzymałość, odporność i sztywność w porównaniu z włóknami w skali makro. Maty z nanorurek węglowych wykazały się jak dotąd najlepszą absorpcją energii, chcieliśmy więc sprawdzić, czy uda nam się jeszcze bardziej poprawić ich wydajność - powiedział Thevamaran.

W nowej mieszance udało się stworzyć wiązania wodorowe między nanorurkami węglowymi a nanowłóknami kevlarowymi. Wiązania tego typu zmodyfikowały interakcje między substancjami, powodując ogromny wzrost wytrzymałości całego materiału.

- Wiązanie wodorowe jest wiązaniem dynamicznym, co oznacza, że może ono stale pękać i ponownie się formować, co pozwala na rozproszenie dużej ilości energii w tym dynamicznym procesie. Ponadto, wiązania wodorowe zapewniają większą sztywność tej interakcji, co wzmacnia i usztywnia matę z nanowłókien. Kiedy zmodyfikowaliśmy interakcje międzyfazowe w naszych matach poprzez dodanie nanowłókien Kevlaru, byliśmy w stanie osiągnąć niemal 100% poprawę wydajności rozpraszania energii przy pewnych naddźwiękowych prędkościach uderzenia - powiedział Thevamaran.

Oprócz odporności na uderzenia, kolejną zaletą nowego materiału jest to, że podobnie jak kevlar, jest on stabilny zarówno w bardzo wysokich, jak i bardzo niskich temperaturach, co czyni go przydatnym do zastosowań w szerokim zakresie środowisk ekstremalnych.