Znajdź zawartość

Na Northwestern University powstało włókno, które jest bardziej wytrzymałe niż kewlar. Horacio Espinosa i jego zespół stworzyli nowe włókno łącząc węglowe nanorurki i polimer. Testy w skali nano i makro wykazały, że jest ono niezwykle wytrzymałe i odporne na uszkodzenia. Wielkim osiągnięciem jest fakt, że włókno to jest jednocześnie plastyczne i wytrzymałe. Może zaabsorbować i rozproszyć olbrzymie ilości energii zanim ulegnie uszkodzeniu. Nigdy wcześniej nie obserwowaliśmy takiej wytrzymałości. Włókno może znaleźć zastosowanie w przemyśle obronnym, lotniczym i kosmicznym - mówi profesor Espinosa. Badania jego zespołu to część programu Multidisciplinary University Research Initiative (MURI) prowadzonego przez Departament Obrony. W jego ramach zespół Espinosy otrzymał 7,5 miliona dolarów na badania nad włóknami i materiałami kompozytowymi do produkcji kamizelek kuloodpornych, spadochronów, pojazdów, samolotów i satelitów. Naukowcy rozpoczęli swoje prace od węglowych nanorurek. Same nanorurki są jednym z najbardziej wytrzymałych materiałów, jednak gdy się je łączy, tracą swoje właściwości, gdyż ześlizgują się po sobie. Naukowcy dodali więc polimer, który łączył nanorurki i z tak uzyskanego materiału wyprodukowali przędzę. Następnie wykorzystali skanningowy mikroskop elektronowy do zbadania jej właściwości, podczas gdy sama przędza była poddawana najróżniejszym oddziaływaniom zewnętrznym. Poznaliśmy funkcjonowanie tego materiału w różnej skali. Chcemy zrozumieć, jak działają poszczególne molekuły, by w przyszłości stworzyć jeszcze bardziej wytrzymałe włókna - mówi Tobin Filleter z zespołu Espinosy. Już teraz wiadomo, że nowe włókno jest bardziej wytrzymałe niż kewlar - materiał powszechnie używany do produkcji kamizelek kuloodpornych i hełmów. Uczeni przyznają jednocześnie, że materiał może być znacznie wytrzymalszy. Węglowe nanorurki, czyli budulec naszej przędzy, są 50 razy bardziej wytrzymałe, niż przędza którą stworzyliśmy. Jeśli będziemy w stanie poprawić łączenia, wyprodukujemy wytrzymalszy materiał - mówi Mohammad Naraghi. Jednym ze sposobów na wzmocnienie przędzy może być wykorzystanie emisji elektronowej o wysokiej energii do kowalencyjnego połączenia ze sobą nanorurek pomiędzy poszczególnymi włóknami.

Miłośnicy gier komputerowych wiedzą, że gdy ich bohater, ubrany w kamizelkę kuloodporną, otrzymuje postrzał, zmniejszają się wskaźniki wytrzymałości kamizelki. W końcu, gdy dotrą one do zera, kamizelka już nie chroni bohatera. John Wray, naukowiec z U.S. Army Tank Automotive Research, Development and Engineering Center (TARDEC), wraz z kolegami pracują nad podobnym wskaźnikiem wytrzymałości pancerza czołgów i pojazdów. Ich pomysł polega na pokryciu pancerzy połączonymi w pary czujnikami piezoelektrycznymi. Każda z płyt pancerza otrzymuje taką parę. Jeden z nich zamienia otrzymywaną energię elektryczną w mechaniczną i przesyła mechaniczne drgania do czujnika na drugim końcu płyty. Ten je odbiera i zamienia w energię elektryczną. System taki działa idealnie tylko na nieuszkodzonych płytach. W miarę jak kolejne uderzające pociski powodują coraz większe zniszczenia, dochodzi do strat sygnałów przesyłanych pomiędzy czujnikami. Mierząc te straty czujniki będą mogły sygnalizować, jak bardzo dana część pancerza została uszkodzona. Tę samą technikę można zastosować w przypadku kamizelek kuloodpornych. Prace nad "inteligentnymi zbrojami" trwają od lat. dotychczas opracowano dwie metody oceny stanu uszkodzeń. Jedna wymaga zdjęcia pancerza i jego obejrzenia. Druga zakłada wykorzystanie ultradźwięków do sprawdzenia stanu opancerzenia pojazdu. Obie jednak mogą być zastosowane w bazie, a nie na polu bitwy. Dlatego też konieczne jest znalezienie metody oceniania stanu pancerza w czasie rzeczywistym. Odpowiedzią może być właśnie użycie opisanej technologii. Jej dodatkową zaletą jest możliwość zebrania informacji o uzbrojeniu przeciwnika. Kule różnego kalibru uderzają w pojazd opancerzony z różną siłą. Dzięki informacjom o uszkodzeniach i informacjom o tym, z jakiej broni dokonywany jest ostrzał, pojazd, który ma uszkodzony pancerz może np. odwrócić się nieuszkodzoną stroną w tym kierunku, z którego ostrzeliwany jest bronią większego kalibru, co może ocalić życie żołnierzy. Ponadto podczas uderzenia pocisku w pancerz wytwarza się energia, którą będzie można przechwycić i wykorzystać.

Specjaliści od dawna wiedzieli, że polietylen jest wyjątkowo odpornym materiałem, który może powstrzymywać pociski. Dotychczas jednak nikomu nie udało się stworzyć na tyle mocnego polietylenowego włókna, by można było ten materiał wykorzystać do produkcji kamizelek kuloodpornych. Dokonała tego niedawno firma DSM z Holandii. Sprzedaje ona materiał o nazwie Dyneema SB61. Wiadomo o nim jedynie tyle, że zostało stworzone z polietylenu. Wiadomo również, że jest 15-krotnie mocniejsze od stali i o 40% bardziej wytrzymałe od kewlaru. Amerykańska firma Body Armor produkuje z niego kamizelki kuloodporne dla policji. Grubość takiej kamizelki to jedynie... 5 milimetrów. Dyneema SB61 zastąpi prawdopodobnie inny polimerowy materiał o nazwie Zylon. W ubiegłym roku Departament Sprawiedliwości zakazał używania kamizelek z Zylonu, gdy okazało się, że woda prowadzi do degradacji materiału i kilku policjantów odniosło poważne rany, gdyż nieświadomi niczego używali kamizelek z Zylonu. Na szczęście żadna z kul nie przebiła kamizelki. Ich uderzenia spowodowały jednak groźne obrażenia. Tego typu rany stają się coraz większym problemem, w miarę jak kamizelki kuloodporne są coraz cieńsze. Lekarze często bowiem, widząc ranę, uznają, że w ciele tkwi kula i przeprowadzają niepotrzebną operację.