Кевлар десятиліттями вважався золотим стандартом захисту від ударів - від бронежилетів до броньованих машин - і він, як і раніше, широко використовується. Але вчені розробили новий композитний матеріал, який міцніший, витриваліший і краще зупиняє кулі, ніж кевлар, при цьому залишаючись набагато тоншим.
Щоб зупинити високошвидкісний вплив, наприклад кулю, матеріал повинен витримувати навантаження, не руйнуючись (маючи високу міцність), і поглинати велику кількість енергії, не розсипаючись і не виходячи з ладу (маючи високу ударну в'язкість). Однак у сучасних рішень, таких як кевлар, виготовлений з арамідних волокон, є проблема, пише Phys.org.
Коли вчені намагаються зробити такі волокна міцнішими, вони часто стають більш крихкими. Через це складно домогтися відразу обох параметрів і доводиться йти на компроміс. Дослідження було опубліковано в журналі Matter.
Кроки до створення "суперволокна"
Після шести років роботи над завданням Цзінь Чжан з Пекінського університету і його колеги знайшли рішення. Вони створили новий тип волокна, об'єднавши два матеріали: гетероциклічний арамід (високопродуктивне волокно, аналогічне кевлару) і модифіковані довгі вуглецеві нанотрубки (tl-SWNTs). Ці надміцні вуглецеві трубки неймовірно жорсткі та легкі, і набагато тонші за людську волосину.
Ключ був не тільки в поєднанні цих матеріалів, а й у способі їх вирівнювання. Дослідники змусили арамідні ланцюжки і нанотрубки вишикуватися строго прямо і паралельно один одному. Для цього вони зробили базове арамідне волокно гнучкішим, а потім використовували багатоступеневий процес розтягування, щоб ідеально вирівняти полімерні ланцюги і нанотрубки. Це критично важливо, тому що таке вирівнювання "замикає" компоненти настільки щільно, що під час удару ланцюги не можуть прослизати один відносно одного. Завдяки цьому матеріал здатний поглинати більше енергії, не руйнуючись.
Краще, ніж кевлар
Вчені піддали новий матеріал швидкісним випробуванням, включно з балістичними тестами, що використовуються для перевірки бронезахисту. Він показав динамічну міцність, значно вищу за наявні волокна, а його здатність поглинати енергію більш ніж удвічі перевершила попередній рекорд - досягнувши 706,1 мегаджоуля на кубічний метр.
У вигляді тканини нове суперволокно продемонструвало чудові протибалістичні властивості порівняно з нинішніми захисними матеріалами.
"Наше дослідження не тільки представляє ефективну стратегію виготовлення арамідних волокон з ультрависокою динамічною міцністю і найвищою зареєстрованою динамічною ударною в'язкістю, а й дає нове розуміння механізму", - написали автори роботи.
У перспективі, якщо це волокно буде впроваджено, майбутні захисні засоби зможуть стати значно легшими, тоншими та безпечнішими.
Інші цікаві новини про відкриття вчених
Раніше УНІАН повідомляв, що вчені створили протиотруту нового покоління від укусів змій. Для цього їм знадобилася кров акул. Автори описали протиотруйний коктейль, який захищав мишей від 17 із 18 отруйних змій, які трапляються в усій Африці, включно з кобрами і мамбами.
Крім того, ми розповідали про існування бактерій, які можуть харчуватися використаними батарейками. Вчені вважають, що це може стати новим, самодостатнім способом утилізації.
