Nadchodzą pancerze nowej generacji. Naukowcy stworzyli nowy materiał
Naukowcy z University of Wisconsin-Madison stworzyli nanowłókna, które pod względem ochrony przed uderzeniami pocisków o dużej prędkości, są lepsze od obecnie stosowanych odpowiedników, czyli płyt stalowych i tkanin kevlarowych. Nowy materiał może posłużyć do produkcji innowacyjnych kamizelek kuloodpornych i pancerzy.
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.
