Matte aus Nanofasern gegen Gewehrkugeln
Schusssichere Spezialwesten werden dank Innovation der University of Wisconsin-Madison besser
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Schusssichere Weste: besser mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Foto: pixabay.com, Prettysleepy) |
Madison (pte002/02.03.2022/06:05)
Ein Gemisch aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen und dem Kunststoff Kevlar haben Forscher der University of Wisconsin-Madison http://wisc.edu aus Fasermatten entwickelt, die für leichtgewichtige kugelsichere Westen geeignet sind. Sie könnten sogar eingesetzt werden, um Kollisionen von Raumsonden mit Weltraumtrümmern abzumildern. "Unsere Fasermatten haben bei geringerem Gewicht vergleichbarer Materialien wie Kevlar allein eine höhere Schutzwirkung", sagt Entwicklungsleiter Ramathasan Thevamaran. Details wurden in "ACS Nano" publiziert.
Kevlar-Fasern brachten Durchbruch
"Nanofaserige Materialien sind sehr attraktiv für Schutzanwendungen, da sie im Vergleich zu makroskaligen Fasern eine hervorragende Festigkeit, Zähigkeit und Steifigkeit aufweisen. Matten aus Kohlenstoff-Nanoröhren hatten bisher die beste Energieaufnahme gezeigt, und wir wollten sehen, ob wir sie noch verbessern können", so Thevamaran.
Das Team hat Kevlar-Nanofasern hergestellt und winzige Mengen davon in ihre Matten aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen eingebaut, die zwischen den Fasern Wasserstoffbrückenbindungen erzeugten. Diese veränderten die Wechselwirkungen zwischen den Nanofasern und verursachten zusammen mit genau der richtigen Mischung aus Kevlar-Nanofasern und Kohlenstoff-Nanoröhren einen dramatischen Sprung bei der Vernichtung von Energie durch Gewehrkugeln und andere Projektile.
Defekte Brücken schließen sich wieder
Die Wasserstoffbrückenbindung ist eine dynamische Bindung, kann durch Energieeintrag brechen und sich wieder neu bilden, so dass sie durch diesen dynamischen Prozess eine hohe Menge an Energie abführt, meint Thevamaran. Die Matten hätten nicht nur eine hohe Schlagzähigkeit, sondern seien wie Kevlar sowohl bei sehr hohen als auch bei sehr niedrigen Temperaturen stabil, was ihren Einsatz in extremen Umgebungen ermögliche.
Die Forscher haben ihr neues Material mit einem Spezialgerät in Thevamarans Labor getestet. Als eines von nur einer Handvoll in den Vereinigten Staaten verwendet das System Laser, um Mikrokugeln in die Materialproben zu schießen. "Unser System ist so konzipiert, dass wir tatsächlich eine einzelne Kugel unter einem Mikroskop auswählen und sie ins Ziel lenken können. Wir können die Geschwindigkeit zwischen 100 Metern pro Sekunde bis zu mehr als einem Kilometer pro Sekunde variieren", erklärt Thevamaran.
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