Naukowcy stworzyli przełomową tkaninę, która przewyższa wytrzymałość i wydajność kevlaru, potencjalnie rewolucjonizując ochronę osobistą i wojskową. Łącząc polimery aramidowe z precyzyjnie ułożonymi nanorurkami węglowymi, ten nowy materiał stanowi znacznie lżejszą i cieńszą alternatywę dla kamizelek kuloodpornych i innego sprzętu ochronnego.
Nauka kryjąca się za siłą
Nowoczesne kamizelki kuloodporne polegają na rozłożeniu siły pocisku poprzez sieć mocnych włókien. Kevlar, powszechnie stosowany materiał w tych kamizelkach, jest wykonany z polimerów aramidowych – długich łańcuchów cząsteczek znanych ze swojej wyjątkowej wytrzymałości. Jednakże pod ekstremalnym obciążeniem te łańcuchy polimerowe mogą się przesuwać lub „ślizgać”, ograniczając ogólną ochronę.
Nowe podejście: na ratunek nanorurki węglowe
Od lat naukowcy z Uniwersytetu Pekińskiego w Chinach pracują nad opracowaniem materiałów lepszych od Kevlaru czy Dyneemy, innych tkanin o wysokich parametrach. Ich najnowszy przełom polega na integracji nanorurek węglowych – niezwykle małych, mocnych, cylindrycznych struktur – z łańcuchami polimerów aramidowych. To ustawienie zapobiega przesuwaniu się cząsteczek polimeru pod dużym obciążeniem, tworząc tkaninę o znacznie zwiększonej wytrzymałości i sprężystości.
„Niezwykle wysoka wytrzymałość dynamiczna i wytrzymałość mają kluczowe znaczenie w przypadku materiałów włóknistych stosowanych w zastosowaniach ochronnych, w tym w pancerzach kuloodpornych, pojazdach i samolotach” – wyjaśnia Jin Zhang, kierownik projektu.
Doskonała wydajność w akcji
Ta nowa „tkanina z nanorurki węglowej/heterocyklicznej tkaniny aramidowej” (atrakcyjna nazwa już wkrótce!) wykazuje wyraźną poprawę w stosunku do istniejących materiałów. Jedna warstwa materiału ma zaledwie 0,6 milimetra grubości i może zmniejszyć prędkość pocisku poruszającego się z prędkością 300 metrów na sekundę do 220 m/s. Co najważniejsze, naukowcy szacują, że zaledwie trzy warstwy – o łącznej grubości zaledwie 1,8 milimetra – wystarczą, aby całkowicie zatrzymać kulę. Jest to znacząca redukcja w porównaniu z kevlarem, który zazwyczaj wymaga grubości co najmniej 4 milimetrów, aby zapewnić ten sam poziom ochrony.
Potwierdzenie ekspertów i perspektywy na przyszłość
To innowacyjne rozwiązanie zyskało uznanie ekspertów w tej dziedzinie. Julie Cairney z Uniwersytetu w Sydney w Australii opisuje połączenie włókien aramidowych i dopasowanych nanorurek węglowych jako „innowacyjne”. Podkreśla potencjał wytwarzania innych nowych kompozytów w oparciu o to podejście.
„Materiały te można wykorzystać do ochrony osobistej i wojskowej w lżejszych, skuteczniejszych kamizelkach kuloodpornych i zbrojach, zwiększając bezpieczeństwo bez poświęcania mobilności” – mówi Cairney.
Strategia produkcyjna jest również kompatybilna z istniejącymi procesami przemysłowymi, torując drogę do skalowalnej produkcji i praktycznych zastosowań. Ta nowa tkanina stanowi znaczący postęp w technologii materiałów ochronnych, obiecując lżejsze, mocniejsze i skuteczniejsze rozwiązania kuloodporne do szerokiego zakresu zastosowań.
