Сверхпрочные нановолокна позволят создать новое поколение бронежилетов

Глава лаборатории Грегори Рутледж в публикации на сайте MIT указывает, что в области сверхпрочных нитей крайне редко происходят по-настоящему прорывные открытия. Например, «золотым стандартом» для бронежилетов до сих пор является кевлар, полученный еще в 1960-х годах. Материал с тех пор неоднократно улучшали, но эволюционным путем. Так происходит потому, что ученым в своих опытах приходится балансировать между жесткостью, легкостью и прочностью на разрыв. Волокна из пластика, на основе стекла или стали — выберите любые два свойства, третье придется зачеркнуть. Кроме того, изобретение кевлара привлекло в сегмент деньги военных ведомств, и потенциал механических методов воздействия уже во многом исчерпан, считает он.

При механическом воздействии на полимеры приходится искать баланс между нагревом и скоростью вращения «червяков», из которых получаются нити. Чем выше нагрев и скорость, тем тоньше волокна, но растет и риск разрыва связей между молекулами. Рутледж говорит, что его команда потратила годы на поиски новых способов обработки волокон и, в итоге, изобрела новый процесс — гель-электроспиннинг. Отдельные нити при этом формируются не с помощью механического воздействия в два этапа, а при помощи электричества в одной камере.

Ученый утверждает, что это позволило получить полиэтиленовые нанонити потрясающей прочности — и толщиной всего в сотни нанометров против «обычных» 15 микрометров. «Нынешние высокопрочные полиэтиленовые волокна, как Spectra или Dyneema, уже в ряду самых жестких и прочных в пересчете на вес. Эти новые волокна на один-два порядка меньше в диаметре и (за счет этого) при том же весе могут абсорбировать даже больше энергии, не разрываясь», — заявил Рутледж в интервью Digital Trends.

Он ожидает, что по мере отработки технологии волокна найдут применение во многих сферах: «Некоторые области приложения мы сейчас даже не представляем, потому что только сейчас получили материал такой степени жесткости». С другой стороны, исследователь признает, что в своей лаборатории получил очень скромное количество революционного материала. И на пути к коммерческому применению надо преодолеть целый ряд препятствий: «Мы над этим работаем, и гель-электроспиннинг — важный шаг в этом направлении».

В декабре 2017 года команда ученых из Университета Нью-Йорка получила новый материал на основе графена, который при ударном воздействии может приобрести алмазную прочность. Эффект отвердевания случается только в том случае, когда листов графена ровно два — поэтому новый материал назвали диамен.