Zatrzyma kule i kosmiczne odłamki

Naukowcy z University of Wisconsin, na łamach pisma "ACS Nano", opisali nowego typu pancerz chroniący przed szybko poruszającymi się obiektami. Twórcy widzą jego zastosowanie m.in. w kamizelkach kuloodpornych i osłonach pojazdów kosmicznych. "Nasze maty z nanowłókien dalece przewyższają inne ochronne materiały przy dużo niższej wadze" - przekonuje prof. Ramathasan Thevamaran.

Badacz i jego zespół połączył wielościenne, węglowe nanorurki z nanowłóknami Kevlaru. Taki miks doskonale rozprasza energię uderzenia. "Materiały oparte na nanowłóknach są bardzo atrakcyjne, jeśli chodzi o zastosowania ochronne. To dlatego, że włókna tworzone w nanoskali mają wyjątkową wytrzymałość, twardość i sztywność w porównaniu do makrowłókien - wyjaśnia prof. Thevamaran. - Jak dotąd wykazano, maty z węglowych nanorurek cechują się najlepszą absorpcją energii i chcieliśmy zobaczyć, czy można ulepszyć jeszcze ich parametry" - dodaje.

Dodanie niewielkiej ilości włókien Kevlaru spowodowało powstanie wiązań wodorowych między nimi i nanorurkami. To kluczowy element. "Wiązanie wodorowe jest dynamiczne, co znaczy, że może nieustannie się zrywać i od nowa tworzyć. Ten proces pozwala na rozpraszanie dużych ilości energii - tłumaczy prof. Thevamaran. - Dodatkowo wiązania wodorowe zwiększają sztywność, co wzmacnia matę. Kiedy zmieniliśmy międzyfazowe oddziaływania w naszych matach przez dodanie nanowłókien Kevlaru, uzyskaliśmy niemal 100 proc. poprawę rozpraszania energii przy niektórych naddźwiękowych uderzeniach" - kontynuuje specjalista.

Swój wynalazek badacze przetestowali z pomocą rozpędzanych laserowo mikropocisków. "Nasz system jest tak zaprojektowany, że pozwala na wybranie pojedynczej kuli pod mikroskopem i wystrzelenie jej w stronę celu ze ściśle kontrolowaną prędkością z zakresu od 100 m do ponad 1 km na sekundę - mówi badacz. - Pozwoliło nam to na przeprowadzenie eksperymentów w czasowej skali umożliwiającej obserwacje reakcji materiału w trakcie oddziaływań z wiązaniami wodorowymi" - wyjaśnia.

Nowe maty, podobnie jak Kevlar mają też inną zaletę. Zachowują swoje właściwości zarówno w bardzo niskich, jak i w wysokich temperaturach, co pozwala na ich wykorzystanie nawet w ekstremalnych środowiskach. Naukowcy pracują już nad opatentowaniem wynalazku.

Więcej informacji: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c07465

Marek Matacz