Новый материал на наноуровне позволяет разрешить старый парадокс

Если некий материал является жёстким, это ещё не означает, что он будет крепким. Фактически же, подбор материалов, которые были бы одновременно и крепкими и жёсткими – это одно из самых больших затруднений, с которым сталкиваются те, кто проектирует любые объекты, от мостов до велосипедов и бронежилетов.

Но новое нановолокно, разработанное в Университете Небраски-Линкольна, может стать тем самым оптимально сбалансированным материалом, который так долго ищут инженеры. Это конструкционное нановолокно – тип синтетического полимера, родственного акрилу – обладает одновременно свойствами и силы и жёсткости, которые необходимы для создания прочных и в то же время лёгких объектов.

В строительных материалах прочность и жесткость, обычно взаимно исключающие качества, поскольку прочность часто достигается в ущерб жёсткости.

Возьмите, к примеру, керамическую тарелку. В ней можно донести пищу до обеденного стола, но если по пути вы её уроните, она разобьётся. Тарелка является жёсткой, но не прочной.

Резиновый мячик, с другой стороны, можно легко деформировать, но сложно сломать. Он является прочным, но не особенно жёстким.

Новый же процесс, разработанный профессором Университета Небраски-Линкольна Юрисом Дженисом и его коллегами, позволяет создавать конструкционные материалы, которые одновременно являются и жёсткими и прочными.

Техника, известная как электропрядение, заключается в подаче высокого напряжения на полимерный раствор до тех пор, пока из него не начнёт вытягиваться тонкая струйка полимера, позволяющая создавать длинные нити нановолокна.

Дженис и его команда заведомо знали, что если они будут делать свой наноматериал тоньше, он станет сильнее. Но к их удивлению утоньшение нановолокна также сделало его и крепче.

Дженис предполагает, что эта дополнительная крепость может быть результатом низкой кристалличности нановолокна. Большинство продвинутых волокон высококристалличны, а значит, обладают очень чёткой и строго определённой внутренней структурой.

Но новое нановолокно структурно неорганизованно. Аморфные участки в его структуре позволяют ему абсорбировать большее количество энергии до разрушения. Такая вязкость делает нановолокно прекрасным кандидатом для использования в качестве строительного композита.

Самолёты, к примеру, делаются из большого числа композитных материалов, которые в случае поломки могут стать причиной катастрофы. Чтобы компенсировать их недостаток прочности, инженеры используют большее количество этих материалов, что делает самолёты более безопасными, но и намного более тяжёлыми.

Другим примером продукта, который может быть улучшен с помощью новой технологии, являются бронежилеты.

«Чтобы остановить пулю, вам необходимо, чтобы материал мог абсорбировать энергию удара до своего разрушения, и именно это может сделать наше нановолокно», говорит Дженис. «Любой предмет, который делается из композитов, может получить преимущества благодаря ему».