На протяжении многих лет кевлар был признан эталоном защиты от ударов — от бронежилетов до бронированных автомобилей — и по-прежнему остается в широком использовании. Однако недавние научные исследования привели к созданию нового композитного материала, который превосходит кевлар по прочности, выносливости и способности останавливать пули, оставаясь при этом значительно тоньше.
Для того чтобы защитить от высокоскоростных ударов, таких как пулевые, материал должен обладать высокой прочностью, чтобы не разрушаться под нагрузкой, и высокой ударной вязкостью, чтобы поглощать энергию без разрушений. Однако традиционные материалы, такие как кевлар, состоящий из арамидных волокон, сталкиваются с определенными проблемами. Как указывает Phys.org, попытки усилить эти волокна часто приводят к увеличению их хрупкости, что делает сложным достижение баланса между прочностью и гибкостью. Исследование этой тематики было опубликовано в журнале Matter.
После шести лет исследования группа ученых под руководством Цзинь Чжана из Пекинского университета наконец нашла решение. Они создали инновационный тип волокна, объединив два материала: гетероциклический арамид, который является аналогом кевлара, и модифицированные длинные углеродные нанотрубки (tl-SWNTs). Эти углеродные трубки отличаются невероятной прочностью и минимальным весом, будучи в несколько раз тоньше человеческого волоса.
Ключ к успеху заключался не только в комбинации материалов, но и в методе их ориентирования. Исследователи смогли добиться того, чтобы цепочки арамидов и нанотрубки были выровнены параллельно и строго по прямой. Для этого базовое арамидное волокно стало более гибким, а затем прошло многоступенчатый процесс растяжения, который обеспечил идеальную ориентацию полимерных цепей и нанотрубок. Это выравнивание критически важно, поскольку оно «замыкает» компоненты друг вокруг друга, предотвращая их сдвиг при ударе и позволяя материалу поглощать больше энергии, не разрушаясь.
Новый материал прошел испытания, включая баллистические тесты, используемые для оценки бронезащиты. Он продемонстрировал динамическую прочность, значительно превышающую показатели существующих волокон, а его способности к поглощению энергии превысили предыдущие рекорды, достигнув 706,1 мегаджоуля на кубический метр.
В текстильном исполнении новое суперволокно проявило выдающиеся противобаллистические характеристики по сравнению с текущими защитными материалами. «Наше исследование представляет собой эффективную стратегию создания арамидных волокон с ультравысокой динамической прочностью и рекордной ударной вязкостью, а также открывает новые аспекты механизма», — отметили авторы.
Если данный материал будет внедрен в производство, защитные устройства будущего могут стать гораздо легче, тоньше и безопаснее.
Ранее Поток сообщал, что ученые разработали противоядие нового поколения от укусов змей, для создания которого использовалась кровь акул. Это противоядие оказалось эффективным для защиты мышей от 17 из 18 ядовитых змей, обитающих в Африке, включая кобр и мамб. Также сообщалось о бактериях, способных перерабатывать использованные батарейки, что может стать новым, устойчивым методом утилизации.
