Новий матеріал із Китаю здатний зупинити кулю краще за кевлар
Кевлар, який десятиліттями залишався символом надійного захисту - від бронежилетів до бронетехніки, - отримав серйозного конкурента.
Вчені з Пекінського університету розробили нове волокно, яке виявилося міцнішим, стійкішим і ефективнішим за кевлар, хоча при цьому значно тоншим. Результати опубліковані в журналі Matter.
Щоб матеріал міг витримувати удар кулі, він повинен одночасно мати високу міцність(здатність не руйнуватися під впливом сили) і високу в'язкість (вміння поглинати енергію удару, не ламаючись). Але досі ці дві властивості рідко поєднувалися: чим міцнішими ставали волокна, тим більш крихкими вони виявлялися.
Група професора Цзінь Чжана витратила шість років, щоб вирішити це завдання. Дослідники створили новий тип волокна, поєднавши два матеріали: гетероциклічний арамід - різновид надміцного синтетичного волокна, аналогічного кевлару, - і оброблені довгі вуглецеві нанотрубки (tl-SWNTs). Ці нанотрубки - унікальні структури, набагато тонші за людську волосину, що вирізняються колосальною жорсткістю і легкістю.
Ключовим кроком стало не просто з'єднання матеріалів, а точне вирівнювання молекулярних ланцюгів. Вчені зробили базове арамідне волокно більш гнучким і багаторазово розтягували його, поки ланцюжки полімеру і нанотрубки не вишикувалися строго паралельно. Така орієнтація створює щільну внутрішню структуру, в якій молекули буквально "блокують" рух одна одної. У результаті матеріал здатний поглинати величезні кількості енергії, не руйнуючись навіть під час сильних ударів.
У лабораторних випробуваннях нове волокно продемонструвало видатні характеристики. Його динамічна міцність виявилася значно вищою, ніж у всіх наявних аналогів, а поглинання енергії сягнуло 706 мегаджоулів на кубічний метр - удвічі більше за попередній рекорд. Під час тестів, що імітують балістичні навантаження, тканина з нового матеріалу перевершувала кевларові зразки за стійкістю до пробиття.
"Наше дослідження пропонує ефективний спосіб створення арамідних волокон із рекордною динамічною міцністю і в'язкістю, а також дає нове розуміння механізмів їхньої роботи", - зазначили автори роботи.
Якщо технологію буде впроваджено, бронежилети і захисні матеріали майбутнього зможуть стати в рази легшими, тоншими і безпечнішими. Це особливо важливо для військових, поліцейських і рятувальників, чий захист безпосередньо впливає на рухливість і витривалість.
Нова розробка відкриває можливості не тільки для оборонної промисловості, а й для авіації, космосу та автомобільного виробництва - скрізь, де потрібне поєднання міцності та легкості.