У кевлара появится более современный и прочный конкурент

Новый материал, толщиной меньше человеческого волоса способен поглощать удары частиц движущихся на сверхзвуковой скорости без искажения структуры и повреждений.

Инженеры из Калифорнийского технологического института, Массачусетского технологического института и ETH Zürich разработали материал с нано-архитектурой, сделанный из крошечных углеродных блоков, который, в ходе тестирования, оказался более эффективен в остановке снаряда, чем кевлар, материал, обычно используемый в средствах индивидуальной защиты.

Впервые разработанный специалистом по материалам Калифорнийского технологического института Джулией Р. Грир, наноархитектурный материал имеет структуру, построенную в нанометровом масштабе, и демонстрируют необычные, часто удивительные свойства — например, исключительно легкая керамика, которая возвращается к своей первоначальной форме, как губка, после сжатия.

Знания, полученные в результате этой работы, могут предоставить принципы проектирования сверхлегких ударопрочных материалов для использования в эффективных защитных покрытиях и взрывозащищенных щитах, столь важных в оборонных и космических отраслях.

У кевлара появится более современный и прочный конкурент

Источник: MIT.

Команда проверила устойчивость материала, стреляя в него микрочастицами на сверхзвуковой скорости, и обнаружила, что материал, который тоньше человеческого волоса, не позволяет миниатюрным снарядам пробиться сквозь него.

Материал, который тоньше человеческого волоса, состоит из соединенных между собой тетракаидекаэдров, сделанных из углеродных стержней, образовавшихся при сильном нагреве (известный как пиролитический углерод). Тетракаидекаэдры — это структуры с 14 гранями: шесть с четырьмя сторонами и восемь с восемью сторонами. Их также называют "ячейками Кельвина", потому что в 1887 году лорд Кельвин (физик Уильям Томсон, первый барон Кельвин, в честь которого мы указываем абсолютные температуры в единицах "Кельвин") предположил, что они будут лучшей формой для заполнения пустого трехмерного пространства объектами одинакового размера с использованием минимальной площади поверхности.

В то время как прочность материалов с наноархитектурой изучалась с использованием медленной деформации (например, сжатия и растяжения), новое исследование было призвано выявить, как такой материал справится с высокоскоростным ударом.

У кевлара появится более современный и прочный конкурент

Источник: MIT.

Используя высокоскоростную камеру, исследователи сняли видео, на котором микрочастицы воздействуют на материал с наноархитектурой.

Ученые изготовили материал из светочувствительного полимера с помощью двухфотонной литографии — метода, в котором для отверждения и моделирования микроскопических структур используется быстрый мощный лазер. Затем его команда пиролизировала конструкции: то есть они сожгли их в печи при очень высокой температуре, чтобы преобразовать полимер в пиролитический углерод. Ученые создали два варианта материала: более плотный и более рыхлый. Затем обе версии подверглись атаке сферическими частицами оксида кремния диаметром 14 микрон. Частицы перемещались со скоростью от 40 до 1100 метров в секунду. Для справки: скорость звука составляет 340 метров в секунду.

Исследователи обнаружили, что более плотная версия материала была более эластичной, а микрочастицы имели тенденцию встраиваться в материал, а не разрывать его насквозь, как это было бы в случае полностью плотных полимеров или углеродных листов той же толщины. При более внимательном рассмотрении они обнаружили, что отдельные стойки, непосредственно окружающие частицу, могут смяться, но общая структура оставалась нетронутой до тех пор, пока снаряд не остановился. Таким образом, новый материал превзошел сталь более чем на 100 процентов и композиты из кевлара более чем на 70 процентов.

Чтобы материал можно было использовать в реальных приложениях, исследователям, в дальнейшем, необходимо будет найти способы масштабирования его производства и изучить, как другие материалы с наноархитектурой, в том числе сделанные из материалов, отличных от углерода, выдерживают высокоскоростные удары. Между тем, исследование продемонстрировало жизнеспособность материалов с наноархитектурой в плане ударопрочности, открыв новое направление исследований.

Читайте также

Отказ от сахара – не панацея: показатели сердца и веса за полгода не улучшились

Отказ от сахара – не панацея: показатели сердца и веса за полгода не улучшились

Названа реальная продолжительность тренировок, чтобы снизить риск инфаркта на треть

Названа реальная продолжительность тренировок, чтобы снизить риск инфаркта на треть

Искусство возрастом 40 000 лет: фигурки птиц ледникового периода найдены в Германии

Искусство возрастом 40 000 лет: фигурки птиц ледникового периода найдены в Германии

Дронт «разрушил» миф о собственной глупости: нейробиологи раскрыли тайны мозга истребленной птицы

Дронт «разрушил» миф о собственной глупости: нейробиологи раскрыли тайны мозга истребленной птицы

Китайские физики впервые получили убедительные доказательства существования новой формы материи

Китайские физики впервые получили убедительные доказательства существования новой формы материи

Думскроллинг: почему так трудно перестать читать плохие новости?

Думскроллинг: почему так трудно перестать читать плохие новости?

Ученые ВШЭ показали, как создавать регуляторную ДНК напрямую

Ученые ВШЭ показали, как создавать регуляторную ДНК напрямую

Привычка пить таблетки от головы приводит к хронической бессоннице

Привычка пить таблетки от головы приводит к хронической бессоннице

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Аллергия: каковы причины возникновения, и какие капли от аллергии действительно помогут?

Аллергия: каковы причины возникновения, и какие капли от аллергии действительно помогут?

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Российские ученые создали метод дешевой печати золотых наноструктур для фотоники

Российские ученые создали метод дешевой печати золотых наноструктур для фотоники

Ученые МГУ внедрили в ИИ механизм отбора важной информации

Ученые МГУ внедрили в ИИ механизм отбора важной информации

Илон Маск подтвердил планы SpaceX построить роботизированные заводы на Луне

Илон Маск подтвердил планы SpaceX построить роботизированные заводы на Луне

NASA нашло способ продлить работу Voyager 2: легендарный зонд сможет дольше исследовать межзвездное пространство

NASA нашло способ продлить работу Voyager 2: легендарный зонд сможет дольше исследовать межзвездное пространство