Ученые создали прорывную ткань, превосходящую прочность и эффективность кевлара, что потенциально революционизирует личную и военную защиту. Этот новый материал, сочетающий полимеры арамида с точно выровненными углеродными нанотрубками, предлагает значительно более легкую и тонкую альтернативу для пуленепробиваемых жилетов и другого защитного снаряжения.
Наука, стоящая за прочностью
Современные пуленепробиваемые жилеты полагаются на распределение силы снаряда по сети прочных волокон. Кевлар, распространенный материал, используемый в этих жилетах, изготовлен из полимеров арамида — длинных цепей молекул, известных своей исключительной прочностью. Однако при экстремальных нагрузках эти полимерные цепи могут смещаться или «скользить», ограничивая общую защиту.
Новый подход: углеродные нанотрубки на помощь
В течение многих лет исследователи из Пекинского университета в Китае работали над разработкой материалов, превосходящих кевлар или Дайнему, другой высокопроизводительной тканью. Их недавний прорыв заключается в интеграции углеродных нанотрубок — чрезвычайно малых, прочных цилиндрических структур — с цепями полимеров арамида. Такое выравнивание предотвращает смещение полимерных молекул при воздействии высоких нагрузок, создавая ткань с резко возросшей прочностью и устойчивостью.
«Чрезвычайно высокая динамическая прочность и вязкость имеют решающее значение для волоконных материалов, используемых в защитных приложениях, включая пуленепробиваемые доспехи, транспортные средства и самолеты», — объясняет Цзинь Чжан, руководитель проекта.
Превосходная производительность в действии
Эта новая «ткань на основе углеродных нанотрубок/гетероциклического арамида» (скоро появится более привлекательное название!) демонстрирует заметное улучшение по сравнению с существующими материалами. Один слой ткани имеет толщину всего 0,6 миллиметра и может снизить скорость пули, движущейся со скоростью 300 метров в секунду, до 220 м/с. Критически важно, что исследователи оценивают, что всего три слоя — общая толщина всего 1,8 миллиметра — достаточно, чтобы полностью остановить пулю. Это значительное уменьшение по сравнению с кевларом, для которого обычно требуется толщина не менее 4 миллиметра для обеспечения того же уровня защиты.
Подтверждение экспертов и перспективы на будущее
Это инновационное решение вызвало похвалы экспертов в этой области. Джули Кейрни из Университета Сиднея, Австралия, описывает сочетание арамидных волокон и выровненных углеродных нанотрубок как «инновационное». Она подчеркивает потенциал производства других новых композитов на основе этого подхода.
«Для личной и военной защиты эти материалы могут быть использованы для более легких, более эффективных пуленепробиваемых жилетов и доспехов, повышая безопасность, не жертвуя мобильностью», — говорит Кейрни.
Стратегия производства также совместима с существующими промышленными процессами, прокладывая путь к масштабируемому производству и практическому применению. Эта новая ткань представляет собой значительный шаг вперед в технологии защитных материалов, обещая более легкие, прочные и эффективные пуленепробиваемые решения для широкого спектра применений.
