Эластичные нанотрубки станут основой бронежилетов будущего
Австралийские ученые Лианчи Жанг (Liangchi Zhang) и Каузала Милваганам (Kausala Mylvaganam) из Сиднейского университета разместили на страницах журнала Nanotechnology результаты собственных исследований о возможности применения материалов, произведенных с использованием субмикроскопических полых углеродных волокон (нанотрубок), в качестве основы для бронежилетов будущего. Прочность наноматериалов хорошо известна и работа не привлекла бы к себе внимания, если бы не один аспект - она была посвящена совершенно другому свойству нанотрубок, которое ученые назвали "пулеотталкивающим" (bullet-bouncing).
Большинство пулезащитных материалов изготовлены на основе высокопрочных полимеров, таких как кевлар (Kevlar), туарон (Twaron) или динима (Dyneema). Они останавливают продвижение пули и перераспределяют кинетическую энергию последней по всему объему защитного материала. В результате подобного столкновения облаченный в современную броню человек получает удар не локально, а по всей площади бронежилета, и выживает, однако с синяками и ушибами внутренних органов.
Субмикроскопические полые углеродные волокна значительно более эластичны, чем выше указанные полимеры. Под воздействием снаряда нанотрубка начинает прогибаться поглощая кинетическую энергию пули и замедляя ее скорость. Затем происходит восстановление прежней формы волокна, сопровождающееся обратной передачей энергии пуле - своеобразным отталкиванием ее от себя. В результате энергия пули поглощается значительно более эффективно и человек получает значительно меньше повреждений.
Согласно заявлению исследователей, им удалось построить точную компьютерную модель процессов происходящих при попадании пули в материал, сделанный на основе углеродных нанотрубок. Ученые утверждают, что углеродные нанотрубки с большим диаметром успешнее поглощают энергию снаряда, чем таковые с малым диаметром. На основании модели также установлено, что минимальная толщина наноуглеродного бронежилета, способного препятствовать проникновению пули, равняется 0,6 миллиметра.
Нет, это ещё не бронежилет с нанотехнологиями, но будущие "доспехи" вполне могут выглядеть так (фото US Armi).
Учёные усовершенствовали технологию производства волокон из углеродных нанотрубок. Эти волокна превосходят по прочности и ряду других показателей (вроде поглощения энергии быстро летящих объектов) нити кевлара и обычного углеволокна, так что в будущем могут быть использованы для создания сверхпрочных тканей, способных стать основой лёгких и очень стойких бронежилетов.
В основе технологии лежит одновременное выполнение нескольких процессов. В печи при температуре 1300 градусов Цельсия разлагается сырьё (этанол, дизельное топливо, смесь других углеводородов). Там же, на частицах катализатора (на основе железа), рождаются нанотрубки. Они формируют спутанную структуру, нечто вроде "эластичного дыма". Его край захватывается прутом и вытягивается снизу печи, формируя очень тонкую нить
Британская установка, производящая нить из углеродных нанотрубок. По мере вытягивания нити из печи трубки внутри в основном ориентируются вдоль волокна, повышая его прочность. Справа: команда исследователей из Кембриджа развивала и доводила до ума свою технологию несколько лет. Справа внизу: отдельная нанотрубка является углеродной молекулой в виде цилиндра очень большой длины, диаметром несколько нанометров и с толщиной стенки в один атом. При растяжении вдоль оси эта трубка оказывается раз в 10 прочнее любого другого известного волокна. Правда, передача этой прочности макроскопическому изделию — дело непростое.
Сейчас учёные добились выпуска нитей, которые в несколько раз прочнее и жёстче, чем нынешние волокна, применяемые в бронежилетах. Теперь Виндл и его коллеги ищут средства, чтобы превратить лабораторную технологию в серийную. Одновременно они работают над снижением количества дефектов в волокнах: сейчас нити, выходящие из печи, получаются с большим разбросом по свойствам, есть очень прочные образцы, и есть неудачные.
Коммерциализацией технологии займётся компания Q-Flo, созданная университетом.
А чтобы из этих нитей можно было делать серийные бронежилеты, установка должна выдавать по нескольку килограммов волокна в день (британские умельцы работают и в этом направлении). Килограммы — это очень много, ведь нить из нанотрубок чрезвычайно тонка и легка. К примеру, сейчас аппарат в лаборатории Кембриджского университета способен производить по нескольку километров нанотрубочной нити в день, но весит вся эта нить меньше одного грамма.
Учёные также отмечают, что помимо бронежилетов новые сверхпрочные нити могут пригодиться в целом ряде технических новинок.
Ответить с цитированием
