Нановолокна для бронежилетов будущего

12.01.2018

Сверхпрочные нановолокна с уникальными свойствами удалось получить группе ученых из Массачусетского технологического института. Первые результаты нового способа обработки материалов представлены в Journal of Materials Science.

Глава лаборатории Грегори Рутледж указывает, что в области сверхпрочных нитей крайне редко происходят по-настоящему прорывные открытия. Например, «золотым стандартом» для бронежилетов до сих пор является кевлар, полученный еще в 1960-х годах. Материал с тех пор неоднократно улучшали, но эволюционным путем. Так происходит потому, что ученым в своих опытах приходится балансировать между жесткостью, легкостью и прочностью на разрыв.

При механическом воздействии на полимеры приходится искать баланс между нагревом и скоростью вращения «червяков», из которых получаются нити. Чем выше нагрев и скорость, тем тоньше волокна, но растет и риск разрыва связей между молекулами. Рутледж говорит, что его команда потратила годы на поиски новых способов обработки волокон и в итоге изобрела новый процесс — гель-электроспиннинг. Отдельные нити при этом формируются не с помощью механического воздействия в два этапа, а при помощи электричества в одной камере.

Ученый утверждает, что это позволило получить полиэтиленовые нанонити потрясающей прочности — и толщиной всего в сотни нанометров против «обычных» 15 микрометров. «Нынешние высокопрочные полиэтиленовые волокна, такие как Spectra или Dyneema, уже в ряду самых жестких и прочных в пересчете на вес. Эти новые волокна на один-два порядка меньше в диаметре и за счет этого при том же весе могут абсорбировать даже больше энергии, не разрываясь», — заявил Рутледж в интервью Digital Trends.

Он ожидает, что по мере отработки технологии волокна найдут применение во многих сферах: «Некоторые области приложения мы даже не представляем, потому что только сейчас получили материал такой степени жесткости». С другой стороны, исследователь признает, что в лаборатории было получено очень скромное количество революционного материала. И на пути к коммерческому применению надо преодолеть целый ряд препятствий.

В декабре 2017 года команда ученых из Университета Нью-Йорка получила новый материал на основе графена, который при ударном воздействии может приобрести алмазную прочность. Эффект отвердевания наблюдается лишь в том случае, когда листов графена ровно два, поэтому новый материал назвали диаменом.