Forskere opdager unikke multifibrillære fibre

Stærk og sej, men alligevel så lette som en fjer - materialer med denne enestående kombination af egenskaber er et presserende behov i mange industrisektorer og i medicin, samt være af stor interesse for videnskabelig forskning. Et forskerhold fra University of Bayreuth har nu udviklet polymerfibre med netop disse egenskaber. Sammen med partnere i Tyskland, Kina og Schweiz, polymerfibrene blev karakteriseret. Forskerne har offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Videnskab .

"De fibre, vi opdagede, kan nemt fremstilles ved hjælp af højteknologiske processer, der allerede er etableret i industrien - og på basis af polymerer, der er let tilgængelige over hele verden. En individuel fiber er lige så tynd som et menneskehår, vejer mindre end en frugtflue, og alligevel er den meget stærk:Den kan løfte en vægt på 30 gram uden at rive. Det svarer til omkring 150, 000 gange vægten af ​​en frugtflue. Eksperimenter med den høje trækstyrke af disse fibre har desuden afsløret deres ekstreme sejhed. Det betyder, at hver enkelt fiber kan optage meget energi, " forklarer prof. dr. Andreas Greiner, som er leder af forskningsgruppen Macromolecular Chemistry II ved University of Bayreuth, og hvem der ledede forskningsarbejdet. Også involveret var forskere ved Forschungszentrum Jülich, Martin Luther University Halle-Wittenberg, Fraunhofer-instituttet for mikrostruktur af materialer og systemer (IMWS), Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Jiangxi Normal University, Nanchang, og ETH Zürich.

På grund af deres unikke egenskaber, polymerfibrene er velegnede til tekniske komponenter, der udsættes for høje belastninger. De muliggør innovative applikationer inden for en bred vifte af områder, inden for tekstilindustrien eller medicinsk teknologi, i bilteknik, eller i luftfartsindustrien. Ud over, polymerfibrene kan let genbruges. "Vi er sikre på, at vores forskningsresultater har åbnet døren til en ny, fremadskuende klasse af materialer. Praktiske anvendelser fra industriens side kan forventes i den nærmeste fremtid. I polymervidenskab, vores fibre vil være i stand til at levere værdifulde tjenester i den videre forskning og udvikling af højtydende funktionelle materialer, siger Greiner.

Det kemiske grundlag for disse lovende fibre er polyacrylonitril. En enkelt fiber med en diameter på omkring 40, 000 nanometer består af op til 4, 000 ultratynde fibriller. Disse fibriller er forbundet med små mængder af et tilsætningsstof. Tredimensionelle røntgenbilleder viser, at fibrillerne i fiberen næsten altid er arrangeret i samme længderetning. "Vi forberedte disse multifibrillære polyacrylonitrilfibre i et laboratorium til elektrospinning på University of Bayreuth og testede dem grundigt for deres egenskaber og adfærd. Deres unikke styrke i kombination med en høj grad af sejhed holdt aldrig op med at fascinere os, " rapporterer Bayreuth polymer videnskabsmanden Prof. Dr. Seema Agarwal.

Hovedforfatteren af ​​undersøgelsen offentliggjort i Videnskab er Xiaojian Liao, en forsker i kemi i Bayreuth. "Jeg er meget glad for, at jeg kunne bidrage til denne forskningssucces inden for materialevidenskab som en del af min doktorafhandling. Den intensive tværfaglige kontakt mellem kemi, fysik, og materialevidenskab på Bayreuth-campus har givet nogle kritiske impulser i de seneste år, " siger Liao.