• نانو مگازین
• بیشتر بخوانید

مواد فوق العاده سبک وزن جدید می توانند جلوی گلوله ها و زباله های فضایی پرسرعت بایستند و آنها را منحرف کنند

مهندسان دانشگاه ویسکانسین-مدیسون ماده‌ای نانوالیافی ایجاد کرده‌اند که در محافظت در برابر برخورد پرتابه‌های پرسرعت از همتایان پرکاربرد خود - از جمله صفحات فولادی و پارچه کولار - بهتر عمل می‌کند.

 

اصولا در واقع بهتر از ضد گلوله است.

 

Ramathasan Thevamaran، استادیار فیزیک مهندسی UW-Madison که این تحقیق را رهبری می‌کند، می‌گوید: تشک‌های نانوالیاف ما ویژگی‌های محافظی را نشان می‌دهند که از دیگر سیستم‌های مواد با وزن بسیار سبک‌تر بسیار پیشی می‌گیرد.

 

او و همکارانش در مقاله‌ای که اخیراً در مجله ACS Nano منتشر شده است، جزئیات این پیشرفت را شرح دادند.

 

برای ایجاد این ماده، Thevamaran و محقق فوق دکتری Jizhe Cai، نانولوله‌های کربنی چند جداره - سیلندرهای کربنی با ضخامت فقط یک اتم در هر لایه - را با نانوالیاف کولار مخلوط کردند. تشک های نانوالیافی به دست آمده در اتلاف انرژی ناشی از برخورد پرتابه های کوچکی که سریعتر از سرعت صوت حرکت می کنند، برتری دارند.

 

این پیشرفت زمینه را برای استفاده از نانولوله‌های کربنی در مواد زرهی سبک وزن و با کارایی بالا فراهم می‌کند، به عنوان مثال، در جلیقه‌های ضد گلوله برای محافظت بهتر از پوشنده یا در سپرهای اطراف فضاپیما برای کاهش آسیب‌های ناشی از ریزگردهای پرسرعت در حال پرواز.

 

Thevamaran می گوید: «مواد نانوالیافی برای کاربردهای حفاظتی بسیار جذاب هستند، زیرا الیاف در مقیاس نانو در مقایسه با الیاف در مقیاس ماکرو استحکام، چقرمگی و سفتی فوق العاده ای دارند. تشک‌های نانولوله‌های کربنی بهترین جذب انرژی را تاکنون نشان داده‌اند و ما می‌خواستیم ببینیم که آیا می‌توانیم عملکرد آنها را بیشتر بهبود ببخشیم.

 

آنها شیمی مناسب را پیدا کردند. این تیم نانوالیاف کولار را سنتز کردند و مقدار کمی از آنها را در تشک‌های نانولوله‌های کربنی خود وارد کردند که پیوندهای هیدروژنی بین الیاف ایجاد می‌کرد. این پیوندهای هیدروژنی برهمکنش‌های بین نانوالیاف را اصلاح کردند و همراه با مخلوط مناسب نانوالیاف کولار و نانولوله‌های کربنی، جهشی چشمگیر در عملکرد کلی مواد ایجاد کردند.

 

Thevamaran می گوید: "پیوند هیدروژنی یک پیوند دینامیکی است، به این معنی که می تواند به طور مداوم شکسته شود و دوباره شکل بگیرد و به آن اجازه می دهد تا مقدار زیادی انرژی را از طریق این فرآیند پویا اتلاف کند." "علاوه بر این، پیوندهای هیدروژنی سفتی بیشتری را برای این برهمکنش فراهم می‌کنند که باعث تقویت و سفت شدن تشک نانوالیاف می‌شود. زمانی که ما برهم‌کنش‌های سطحی در تشک‌های خود را با افزودن نانوالیاف کولار اصلاح کردیم، توانستیم تقریباً 100% بهبود عملکرد اتلاف انرژی را در موارد معینی پس از برخورد شی در سرعت ضربه مافوق صوت به دست آوریم."

 

محققان مواد جدید خود را با استفاده از یک سیستم تست ضربه ریزپرتابه القا شده با لیزر در آزمایشگاه Thevamaran آزمایش کردند. این سیستم که یکی از معدودی مانند آن در ایالات متحده است، از لیزر برای شلیک گلوله های ریز به نمونه های مواد استفاده می کند.

 

"سیستم ما به گونه ای طراحی شده است که می توانیم در واقع یک گلوله را زیر میکروسکوپ انتخاب کنیم و به روشی بسیار کنترل شده به سمت هدف شلیک کنیم، با سرعت بسیار کنترل شده ای که می تواند از 100 متر در ثانیه تا بیش از 1 کیلومتر متغیر باشد. Thevamaran می گوید. این به ما اجازه داد تا آزمایش‌هایی را در مقیاس زمانی انجام دهیم که بتوانیم واکنش مواد را مشاهده کنیم - همانطور که برهم‌کنش‌های پیوند هیدروژنی اتفاق می‌افتد.»

 

علاوه بر مقاومت در برابر ضربه، مزیت دیگر مواد نانوالیاف جدید این است که مانند کولار، هم در دماهای بسیار بالا و هم در دمای بسیار پایین پایدار است و برای کاربردها در طیف وسیعی از محیط‌های شدید مفید است.