Novi materijal za pancirke bolji od kevlara

Superizdržljivi, lagani i tanki materijali glavne su preferencije za pancirne oklope iduće generacije. Za njihovu izradu znanstvenici su se koristili brojnim stvarima i inspirirali morskim puževima, životinjskim oklopima i paukovim mrežama, a u posljednjem projektu tog tipa znanstvenici MIT-a su se bavili dizajnom struktura na nanoskali od fotosenzitivne smole koja je tretirana laserima kako bi se formirao rešetkasti obrazac sastavljen od ponavljajućih mikroskopskih šupljina. Taj je materijal zatim stavljen u vakuumsku komoru s visokom temperaturom, koja je polimer pretvorila u ultralaki ugljik s arhitekturom specifično dizajniranom za apsorbiranje udara.

"Povijesno se ova geometrija pojavljuje u pjenama koje ublažavaju energiju", kaže vodeći autor Carlos Portela. "Iako je ugljik obično lomljiv, raspored i male veličine nosača u nanoarhitekturiranom materijalu daju gustu arhitekturu kojom dominiraju savijanja umjesto pucanja".

Tim je otkrio da se svojstva ovog rešetkastog materijala mogu izmijeniti dotjerivanjem njegove fino dotjerane arhitekture, a različiti rasporedi ugljičnih nosača daju mu različita svojstva. Prilagođavanjem nanoarhitekture znanstvenici su stvorili napredni materijal koji apsorbira projektile.

U eksperimentima s udarima korišteno je staklo presvučeno zlatnim filmom i česticama silicijevog oksida s jedne strane. Na staklu se aktivira ultrabrzi laser koji stvara plazmu ili plin koji se brzo širi, s čije površine čestice lete s površine prema cilju. Podešavanjem snage lasera podešava se brzina projektila, omogućavajući znanstvenicima eksperimentiranje s nizom brzina u proučavanju potencijala novog oklopnog materijala.

To je uključivalo ispaljivanje čestica brzinama od 89 do 2460 km/h u sekundi, što je ulazi na područje nadzvučne brzine, a za proučavanje udara koristile su se kamere velike brzine. Pristup je također omogućio ispitivanje različitih izvedbi s ugljičnim nosačima različitih debljina i omogućio timu da dođe do optimalnog dizajna.

"Dokazali smo da materijal može apsorbirati puno energije zbog ovog mehanizma zbijenog sabijanja nosača na nanoskali, u odnosu na nešto što je potpuno gusto i monolitno", kaže Carlos Portela, vodeći autor ovog istraživanja.

Analiza je ukazala da materijal koji je tanji od širine ljudske dlake, može apsorbirati udarce učinkovitije od čelika, aluminija ili čak kevlara iste težine.

"Skaliranje ovog sustava moglo bi dovesti do dizajna ultra laganih materijale otpornih na udarce za upotrebu u učinkovitim oklopnim materijalima, zaštitnim premazima i štitovima otpornim na eksplozije, koji bi se mogli koristiti za primjene u obrani i svemirskim tehnologijama", navodi koautorica Julia R. Greer.

Znanstveni rad objavljen u časopisu Nature Materials možete pronaći na ovoj poveznici.