Den nye superstærke

På dagens marked for højtydende fibre, bruges til applikationer som skudsikre veste, producenter har kun fire muligheder:Kevlar, spektre, Dyneema, og Zylon. Fremstillet af polymerer som polyethylen, disse var de stærkeste syntetiske fibre i verden – indtil for nylig.

Marilyn Minus, en assisterende professor i ingeniørvidenskab ved Northeastern, har udviklet en fibertype, der er stærkere end de tre første kommercielle produkter nævnt ovenfor, og - selv i sin første generation - nærmer sig den fjerdes (Zylon) styrke.

Tilføjelse af små mængder kulstof nanorør - lige, cylindriske partikler udelukkende lavet af kulstof - til polymerfibre øger deres styrke marginalt. Men som kandidatstuderende ved Georgia Institute of Technology for fem år siden, Minus regnede med, at med lidt mere kontrol, hun kunne måske gøre disse beskedne forbedringer til dramatiske. Hun har brugt de sidste fire år på Northeastern på at bevise sin fornemmelse.

I et papir for nylig udgivet i tidsskriftet Makromolekylære materialer og teknik , Minus præsenterede en afstembar proces til at skabe superstærke fibre, der kan konkurrere med branchens allerbedste. Som med tidligere arbejde, Minus' metode integrerer kulstof nanorør i polymerfiberen, men i stedet for blot at tjene som en tilføjet ingrediens, nanorørene spiller nu også en organisatorisk rolle.

Fra kulsort pulver til metalliske partikler, en række materialer kan lede dannelsen af ​​specifikke krystaltyper i en proces kaldet kernedannelse. Men før kulstof nanorør, Minus sagde, "Vi har aldrig haft et kernedannende materiale, der ligner polymerer."

Denne lighed gør det muligt for nanorørene at fungere som skøjter, langs hvilke de lange polymerkæder kan glide, passer perfekt ind på hinanden.

Men det er krystalliseringsprocessen, der driver de bemærkelsesværdige egenskaber, der for nylig er rapporteret. I deres forskning, Minus og hendes kolleger viste, at de nemt kunne slå disse egenskaber til eller fra. Ved ikke at ændre andet end mønsteret for opvarmning og afkøling af materialet, de var i stand til at øge styrken og sejheden af ​​fibre fremstillet med de samme ingredienser.

I den aktuelle forskning, Minus og hendes kolleger udarbejdede opskriften og processen for én bestemt polymer:polyvinylalkohol. "Men vi kan gøre dette med andre polymerer, og vi gør det, " hun sagde.

Med finansiering fra en ny bevilling fra Defence Advanced Research Projects Agency, Minus vil nu udarbejde metoden til en polymer kaldet polyacrylonitrle, eller PAN. Dette er det dominerende materiale, der bruges til at danne kulfiber, som er af særlig interesse i letvægtskompositmaterialer som dem, der anvendes i Boeing 787-flyet. Med den mere organiserede struktur, som Minus' metode giver, dette materiale kunne se en enorm stigning i dets allerede fremragende ydeevne.