Кевлар десятилетиями считался золотым стандартом защиты от ударов — от бронежилетов до бронированных машин — и он по-прежнему широко используется. Но ученые разработали новый композитный материал, который прочнее, выносливее и лучше останавливает пули, чем кевлар, при этом оставаясь гораздо тоньше.
Чтобы остановить высокоскоростное воздействие, например пулю, материал должен выдерживать нагрузку, не разрушаясь (имея высокую прочность), и поглощать большое количество энергии, не рассыпаясь и не выходя из строя (имея высокую ударную вязкость). Однако у современных решений, таких как кевлар, изготовленный из арамидных волокон, есть проблема, пишет Phys.org.
Когда ученые пытаются сделать такие волокна прочнее, они часто становятся более хрупкими. Из-за этого сложно добиться сразу обоих параметров и приходится идти на компромисс. Исследование было опубликовано в журнале Matter.
Шаги к созданию "суперволокна"
После шести лет работы над задачей Цзинь Чжан из Пекинского университета и его коллеги нашли решение. Они создали новый тип волокна, объединив два материала: гетероциклический арамид (высокопроизводительное волокно, аналогичное кевлару) и модифицированные длинные углеродные нанотрубки (tl-SWNTs). Эти сверхпрочные углеродные трубки невероятно жесткие и легкие, и намного тоньше человеческого волоса.
Ключ был не только в сочетании этих материалов, но и в способе их выравнивания. Исследователи заставили арамидные цепочки и нанотрубки выстроиться строго прямо и параллельно друг другу. Для этого они сделали базовое арамидное волокно более гибким, а затем использовали многоступенчатый процесс растяжения, чтобы идеально выровнять полимерные цепи и нанотрубки. Это критически важно, потому что такое выравнивание "замыкает" компоненты настолько плотно, что при ударе цепи не могут проскальзывать относительно друг друга. Благодаря этому материал способен поглощать больше энергии, не разрушаясь.
Лучше, чем кевлар
Ученые подвергли новый материал скоростным испытаниям, включая баллистические тесты, используемые для проверки бронезащиты. Он показал динамическую прочность значительно выше существующих волокон, а его способность поглощать энергию более чем вдвое превзошла предыдущий рекорд — достигнув 706,1 мегаджоуля на кубический метр.
В виде ткани новое суперволокно продемонстрировало превосходные противобаллистические свойства по сравнению с нынешними защитными материалами.
"Наше исследование не только представляет эффективную стратегию изготовления арамидных волокон с ультравысокой динамической прочностью и самой высокой зарегистрированной динамической ударной вязкостью, но и даёт новое понимание механизма", — написали авторы работы.
В перспективе, если это волокно будет внедрено, будущие защитные средства смогут стать значительно легче, тоньше и безопаснее.
Другие интересные новости об открытиях ученых
Ранее УНИАН сообщал, что ученые создали противоядие нового поколения от укусов змей. Для этого им понадобилась кровь акул. Авторы описали противоядный коктейль, который защищал мышей от 17 из 18 ядовитых змей, встречающихся по всей Африке, включая кобр и мамб.
Кроме того, мы рассказывали про существование бактерий, которые могут питаться использованными батарейками. Ученые считают, что это может стать новым, самодостаточным способом утилизации.
