Kevlar to polimer z grupy poliamidów, z którego przędzie się włókna o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie. Powstał w latach 60. XX wieku dzięki badaniom Stephanie Kwolek — amerykańskiej chemiczki polskiego pochodzenia — która stała na czele zespołu, który w 1965 r. wynalazł polimer wykorzystywany do produkcji kevlaru. Jak na razie jest to jeden z najbardziej wytrzymałych materiałów – tak odporny, że wytwarza się z niego kamizelki kuloodporne dla policji i wojska.
Nanorurki węglowe: sekret rekordowej wytrzymałości
Naukowcy wciąż jednak szukają materiałów, które mogłyby przewyższyć kevlar wytrzymałością i lekkością. W ostatnich latach opracowano kilka potencjalnych następców tego tworzywa. Najnowszy materiał powstał w ramach projektu badawczego naukowców z Uniwersytetu w Pekinie. Zespół Jin Zhanga — profesora chemii fizycznej z Uniwersytetu Pekińskiego — stworzył lekki materiał trzykrotnie mocniejszy od kevlaru, o grubości zaledwie 1,8 mm, wzbogacony nanorurkami węglowymi (CNT).
Czytaj więcej
Pierwszy raz udało się stworzyć tak niezwykły materiał, który może zrewolucjonizować nie tylko produkcję samochodów, kamizelek kuloodpornych, ale t...
Nanorurki węglowe są znane z wyjątkowej przewodności cieplnej (naukowcy badają ich zastosowanie jako zamiennika krzemu w czipach komputerowych) oraz niezwykle wysokiej wytrzymałości na rozciąganie. Ta ostatnia cecha szczególnie interesowała Jin Zhanga, który przez sześć lat pracował nad materiałami mogącymi zastąpić kevlar.
„Ultrawysoka wytrzymałość dynamiczna i odporność są kluczowe dla włóknistych materiałów stosowanych w ochronie przed uderzeniami — takich jak pancerze kuloodporne, pojazdy czy samoloty” — powiedział Zhang w rozmowie z magazynem „New Scientist”. „Nasze włókno znacząco przewyższa wszystkie dotychczas znane makroskopowe polimery wysokiej wydajności. Nasza tkanina całkowicie deklasuje kevlar” — zapewnia profesor.
Badanie opublikowane w czasopiśmie „Matter” potwierdza to, co powiedział profesor Zhang. On i jego zespół opisują w nim, jak wyrównali nanorurki węglowe z polimerem aramidowym — syntetycznym materiałem znanym z ogromnej wytrzymałości i odporności na ciepło (również stosowanym w kevlarze). Zwykle przy produkcji takich polimerów stają się one bardziej kruche — i tu właśnie wkraczają CNT.
Rekord pochłaniania energii pobity
Nanorurki węglowe są niezwykle mocne i cienkie — nawet cieńsze niż ludzki włos. Naukowcy najpierw uczynili łańcuchy aramidowe bardziej elastycznymi, a następnie rozciągnęli je, by uzyskać równoległe ułożenie z CNT. Ta organizacja w nanoskali pozwoliła komponentom „zablokować się” względem siebie i zapobiec ich przesuwaniu, co umożliwiło materiałowi pochłanianie większej ilości energii (czyli silniejszych uderzeń) bez uszkodzeń.
Naukowcy przetestowali już nowy materiał. Twierdzą, na podstawie pierwszych testów balistycznych, że ich materiał może pochłonąć 706,1 megadżula na metr sześcienny — co, jak podkreślają, podwaja dotychczasowy rekord.
