Novi nano materijal otporniji na udare projektila nego kevlar

Tkan od niti tanjih od ljudske kose, novi materijal može apsorbirati udare mikročestica koje putuju nadzvučnom brzinom, pokazao je eksperiment u laboratoriju MIT-a

Inženjeri s Caltecha, MIT-a i ETH-a u Zürichu razvili su nano materijal, izrađen od ugljičnih nanovlakana, koji projektile zaustavlja učinkovitije od kevlara, materijala koji se obično koristi u osobnoj zaštitnoj opremi.

Iznenađujuća svojstva 

Projekt je pokrenula Julia R. Greer, profesorica znanosti o materijalima, mehanike i medicinskog inženjerstva na Caltehu. Nano strukturirani materijali imaju strukturu u nanometarskom mjerilu i pokazuju neobična, često iznenađujuća svojstva, poput iznimno lagane keramike koja se nakon stiskanja vraća u izvorni oblik, kao spužva.

Saznanja iz rada, objavljenog u časopisu Nature Materials, mogla bi pomoći pri izradi ultra lakih materijala otpornih na udarce. Ti bi se materijali koristili u izradi oklopa, zaštitnih premaza i štitova otpornih na eksploziju pa bi bili idealni za primjenu u obrambenoj industriji i svemirskim programima, uvjerena je Greer.

Materijal čije su niti tanje od ljudske kose, sastoji se od međusobno povezanih tetradekahedrona od pirolitičkih ugljika. Riječ je o strukturama s 14 lica koje ponekad nazivaju i "Kelvinovim stanicama" u čast lorda Kelvina, fizičara koji je smatrao da bi to bio najbolji oblik za popunjavanje praznog trodimenzionalnog prostora objektima jednake veličine, koristeći pritom minimalnu površinu.

Pirolitički ugljik

Ova se geometrija tradicionalno pojavljuje u pjenama za smanjivanje energije, objašnjava Carlos Portela, docent strojarstva na MIT-u i suautor rada, u čijem su laboratoriju istraživali upotrebu pjenastih struktura koje bi kruti ugljik učinile fleksibilnijim.

Izradili su materijal od fotoosjetljivog polimera koristeći dvofotonsku litografiju, tehniku ​​koja koristi brzi laser velike snage za učvršćivanje i oblikovanje mikroskopskih struktura. Strukture su potom pirolizirali - spaljivali na ekstremnim temperaturama kako bi polimer pretvorili u pirolitički ugljik. 

Istraživači su tako stvorili dvije verzije materijala: gušću i rahliju. Obje verzije gađane su sfernim česticama silicijevog oksida promjera 14 mikrona. Čestice su putovale između 40 i 1100 metara u sekundi; za referencu, brzina zvuka iznosi 340 metara u sekundi.

Netaknuta struktura

Pokazalo se da je gušća verzija materijala otpornija te da mikročestice imaju tendenciju ugradnje u materijal, umjesto da ga trgaju, kao što bi to bio slučaj s potpuno gustim polimerima ili ugljikovim pločama iste debljine. Pomnijim ispitivanjem otkriveno je i da ukupna struktura ostaje netaknuta sve dok se projektil ne zaustavi. Štoviše, novi materijal nadmašio je čelik za više od 100 posto, a kevlarske kompozite za više od 70 posto.

Prije eventualne masovne primjene novog materijala, trebat će pronaći način za povećanje proizvodnje te istražiti kako drugi nano strukturirani materijali, uključujući i one izrađene od materijala koji nisu ugljik, podnose udare pri velikim brzinama.