تولید ماده کامپوزیتی جدید برای ساخت جلیقه‌های ضدگلوله!

به گزارش مجله خبری نگار/آنا،به گزارش «فیز دات ارگ»، برای مقاومت در برابر ضربه‌های پرسرعت مانند اصابت گلوله، یک ماده باید هم استحکام بالا (توانایی مقاومت در برابر شکست تحت فشار) و هم چقرمگی بالا (توانایی جذب انرژی بدون خرد شدن یا ازهم پاشیدن) داشته باشد.

اما در مواد کنونی مانند کولار که از الیاف آرامید ساخته می‌شود، یک مشکل اساسی وجود دارد: هرگاه پژوهشگران تلاش می‌کنند استحکام این الیاف را افزایش دهند، معمولا شکننده‌تر می‌شوند. این پدیده در علم مواد یک «بده و بستان عملکردی» رایج است؛ بهبود یک ویژگی معمولا باعث افت ویژگی دیگر می‌شود.

گامی به سوی «ابر‌الیاف»

پس از شش سال کار مستمر برای حل این مشکل، جین ژانگ (Jin Zhang) از دانشگاه پکن و همکارانش توانستند راه‌حلی موثر ارائه دهند. آنها نوع جدیدی از الیاف را با ترکیب دو ماده ایجاد کردند. اولی آرامید هتروسیکلیک (نوعی الیاف با کارایی بالا مشابه کولار) و دومی نانو‌لوله‌های کربنی تک‌دیواره بلندِ اصلاح شده (tl-SWNTs). این نانولوله‌های فوق‌العاده قوی، بسیار محکم و سبک و به‌مراتب نازک‌تر از موی انسان هستند.

راز موفقیت ساخت این «ابر‌الیاف» تنها در ترکیب این دو ماده نبود بلکه در نحوه آرایش و هم‌ترازی دقیق آنها نهفته بود.

پژوهشگران با افزایش انعطاف‌پذیری الیاف پایه و استفاده از فرایند چندمرحله‌ای کشش، زنجیره‌های پلیمری آرامید و نانولوله‌های کربنی را به‌طور کامل موازی و هم‌جهت قرار دادند. این آرایش دقیق، اجزا را به قدری محکم به هم قفل می‌کند که هنگام برخورد، زنجیره‌ها نمی‌توانند از کنار هم لغزش کنند. در نتیجه، ماده قادر است انرژی بسیار بیشتری را بدون ازهم‌پاشیدن جذب کند.

بازیابی اثر انگشت از پوکه فشنگ‌های داغ؛ انقلاب در پزشکی قانونی بازیابی اثر انگشت از پوکه فشنگ‌های داغ؛ انقلاب در پزشکی قانونی

عملکردی فراتر از کولار

دانشمندان این الیاف جدید را در آزمایش‌های پرسرعت، از جمله آزمون‌های بالستیک مشابه تست‌های زره بدن، مورد ارزیابی قرار دادند. نتایج نشان داد که این ماده دارای استحکام دینامیکی بسیار بالاتری نسبت به الیاف موجود است و توانایی جذب انرژی آن بیش از دو برابر رکورد قبلی بوده و به ۷۰۶.۱ مگاژول بر متر مکعب رسیده است.

هنگامی که این ابرالیاف جدید در قالب پارچه بافته شد، عملکرد ضد‌گلوله آن از پارچه‌های محافظ فعلی نیز فراتر رفت.

به گفته نویسندگان پژوهش: «پژوهش ما نه تنها رویکردی موثر برای تولید الیاف آرامیدی با استحکام دینامیکی فوق‌العاده و بیشترین چقرمگی ثبت‌شده ارائه می‌دهد، بلکه بینش‌های تازه‌ای درباره سازوکار‌های درونی این رفتار‌های میکانیکی فراهم می‌سازد».

چشم‌اندازی برای نسل جدید تجهیزات حفاظتی

در صورت استفاده صنعتی از این الیاف، تجهیزات حفاظتی آینده می‌توانند سبک‌تر، نازک‌تر و بسیار ایمن‌تر باشند.