Wetenschappers hebben een baanbrekend weefsel gecreëerd dat de kracht en effectiviteit van Kevlar overtreft, wat een revolutie teweeg kan brengen in de persoonlijke en militaire bescherming. Dit nieuwe materiaal, dat aramidepolymeren combineert met nauwkeurig uitgelijnde koolstofnanobuisjes, biedt een aanzienlijk lichter en dunner alternatief voor kogelvrije vesten en andere beschermende uitrusting.
De wetenschap achter de kracht
De huidige kogelvrije vesten zijn afhankelijk van het verdelen van de kracht van een projectiel over een netwerk van sterke vezels. Kevlar, een veelgebruikt materiaal dat in deze vesten wordt gebruikt, is gemaakt van aramidepolymeren: lange ketens van moleculen die bekend staan om hun uitzonderlijke sterkte. Onder extreme belasting kunnen deze polymeerketens echter verschuiven of “slippen”, waardoor de geboden algehele bescherming wordt beperkt.
Een nieuwe aanpak: koolstofnanobuisjes komen te hulp
Jarenlang hebben onderzoekers van de Universiteit van Peking in China gewerkt aan de ontwikkeling van materialen die nog sterker zijn dan Kevlar of Dyneema, een andere hoogwaardige stof. Hun recente doorbraak ligt in het integreren van koolstofnanobuisjes – extreem kleine, sterke, cilindrische structuren – met de aramidepolymeerketens. Deze uitlijning voorkomt dat de polymeermoleculen wegglijden wanneer ze worden blootgesteld aan zware schokken, waardoor een stof ontstaat met een dramatisch verbeterde sterkte en veerkracht.
“Ultrahoge dynamische sterkte en taaiheid zijn cruciaal voor vezelmaterialen die worden gebruikt in beschermende toepassingen, waaronder kogelwerende pantsers, voertuigen en vliegtuigen”, legt Jin Zhang, de hoofdonderzoeker van het project, uit.
Superieure prestaties in actie
Dit nieuwe “gefabriceerde koolstofnanobuisje/heterocyclisch aramidecomposiet” (er is een pakkendere naam gepland!) toont een opmerkelijke verbetering ten opzichte van bestaande materialen. Een enkele laag van de stof is slechts 0,6 millimeter dik en kan de snelheid van een kogel die zich met een snelheid van 300 meter per seconde voortbeweegt, terugbrengen tot 220 m/s. Cruciaal is dat onderzoekers schatten dat slechts drie lagen – een totale dikte van slechts 1,8 millimeter – voldoende zijn om de kogel volledig te stoppen. Dit is een aanzienlijke reductie vergeleken met Kevlar, waarvoor doorgaans een dikte van minimaal 4 millimeter vereist is voor hetzelfde beschermingsniveau.
Validatie door experts en toekomstig potentieel
De innovatie heeft lof gekregen van experts in het veld. Julie Cairney van de Universiteit van Sydney, Australië, beschrijft de combinatie van aramidevezels en uitgelijnde koolstofnanobuisjes als ‘innovatief’. Ze benadrukt het potentieel voor het produceren van andere nieuwe composieten op basis van deze aanpak.
“Voor persoonlijke en militaire bescherming kunnen deze materialen worden gebruikt voor lichtere, effectievere kogelvrije vesten en bepantsering, waardoor de veiligheid wordt vergroot zonder de mobiliteit op te offeren”, zegt Cairney.
De productiestrategie is ook compatibel met bestaande industriële processen, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor schaalbare productie en implementatie in de echte wereld. Deze nieuwe stof vertegenwoordigt een belangrijke stap voorwaarts in de technologie van beschermende materialen en belooft lichtere, sterkere en effectievere kogelvrije oplossingen voor een verscheidenheid aan toepassingen.
