Ingeniører skaber strukturer hårdere end skudsikre veste

Forskere ved UT Dallas har skabt nye strukturer, der udnytter de elektromekaniske egenskaber ved specifikke nanofibre til at strække sig op til syv gange deres længde, mens de forbliver hårdere end Kevlar.

Disse strukturer absorberer op til 98 joule pr. Gram. Kevlar, bruges ofte til at lave skudsikre veste, kan absorbere op til 80 joule pr. gram. Forskere håber, at strukturerne en dag vil danne materiale, der kan forstærke sig selv på steder med høj stress og potentielt kan bruges i militære fly eller andre forsvarsprogrammer.

I en undersøgelse udgivet af ACS -anvendte materialer og grænseflader , et tidsskrift fra American Chemical Society, forskere vred nanofiber til garn og spoler. Elektriciteten genereret ved at strække den snoede nanofiber dannede en attraktion 10 gange stærkere end en hydrogenbinding, som betragtes som en af ​​de stærkeste kræfter, der dannes mellem molekyler.

Forskere forsøgte at efterligne deres tidligere arbejde med den piezoelektriske virkning (hvordan tryk danner elektriske ladninger) af kollagenfibre fundet inde i knogler i håb om at skabe højtydende materialer, der kan forstærke sig selv, sagde Dr. Majid Minary, en adjunkt i maskinteknik på universitetets Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science og seniorforfatter af undersøgelsen.

"Vi gengav denne proces i nanofibre ved at manipulere oprettelsen af ​​elektriske ladninger for at resultere i en letvægts, fleksibel, alligevel stærkt materiale, "sagde Minary, som også er medlem af Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute. "Vores land har brug for sådanne materialer i stor skala til industrielle og forsvarlige applikationer."

Til deres eksperiment, forskere spandt først nanofibre ud af et materiale kendt som polyvinylidenfluorid (PVDF) og dets co-polymer, polyvinvylidenfluorid trifluorethylen (PVDF-TrFE).

Forskere snoede derefter fibrene til garn, og fortsatte derefter med at sno materialet til spoler.

"Det er bogstaveligt talt vridende, den samme grundlæggende proces, der bruges til fremstilling af konventionelt kabel, "Sagde Minary.

Forskere målte derefter mekaniske egenskaber ved garnet og spolerne, såsom hvor langt det kan strække sig, og hvor meget energi det kan absorbere før fejl.

"Vores eksperiment er et bevis på konceptet om, at vores strukturer kan absorbere mere energi før fiasko end de materialer, der konventionelt bruges i skudsikre rustninger, "Minary sagde." Vi tror, modelleret efter den menneskelige knogle, at denne fleksibilitet og styrke kommer fra den elektricitet, der opstår, når disse nanofibre er snoet. "

Det næste trin i forskningen er at lave større strukturer ud af garn og spoler, Sagde Minary.