Нанотехнологии
Википедия
Нанотехнологии
Нанотехнология представляет собой междисциплинарную область прикладной и фундаментальной науки и техники, которая имеет дело с совокупностью теоретическог... читать далее »
Новости Нанотехнологий
30.04.2013 18:12
Простой трюк позволил создать недорогой материал с рекордной ударной вязкостью. Нанотехнологии.
В материаловедении в качестве мерила ударной вязкости часто называют количество энергии, которое может поглотить материал на единицу веса до своего разрушения.
У приличных синтетических волокон этот показатель довольно высок: кевлар, к примеру, способен «съесть» до 80 джоулей на грамм.
А вот на фоне некоторых природных материалов такие показатели, увы, меркнут. Обычный паук ткёт материал с показателем в 170 Дж/г. А паутина паука Дарвина, водящегося на Мадагаскаре, и вовсе имеет ударную вязкость в 390 Дж/г. И если вы думаете, что это пустяки, напомним, что энергия пули пистолета Макарова равна каким-то 300 Дж. Кстати, за счёт меньшей плотности на единицу объёма ударная вязкость паутины на порядок (а не пятикратно) лучше, чем у кевлара. Именно такая экстраординарная ударная вязкость при обычных для пауков пределах прочности и модуле Юнга позволяет им производить отдельные «паутинки» длиной до 25 метров!
Нить в этой паутине (для масштаба взгляните на человека внизу) по ударной вязкости вдвое лучше кевларовой. Можем ли мы, люди, создать недорогой материал с такими показателями? (Здесь и ниже иллюстрации N. Pugno.)
Есть ли способы, позволяющие преодолеть удручающее отставание от природы? Выяснением ответа на этот вопрос и занялся Никола Пуньо (Nicola Pugno) из Университета Тренто (Италия), герой нашей заметки.
Идея его обманчиво проста — оттого сам он сравнивает её с колумбовым яйцом. Когда на материал начнёт действовать нагрузка, волокно будет скользить через петлю до тех пор, пока узел не развяжется, до самого разрушения материала. В общем, ничего нового — тот, кто видел, как швартуются корабли и прочие суда, знает, что если бы отдалённо сходные принципы не использовались человеком тысячелетиями, швартоваться при свежей погоде было бы невозможно.
Опыты показали, что лучше всего для улучшения ударной вязкости подходит тройной скользящий узел. Его испытывали на коммерчески доступном волокне Endumax — «середнячке» с ударной вязкостью на уровне 44 Дж/г. Сделав материал, который на микроуровне состоял из петель, Никола Пуньо, как он утверждает, добился в опытах ударной вязкости в 1 070 Дж/г, то есть в тринадцать с третью раз лучше, чем у кевлара, резко превосходящего обычный Endumax.
Чтобы лучше понять смысл этой фразы, можно сравнить «вязаный» полимер с волокнами из углеродных нанотрубок. Да, их только начали производить, поэтому технологии изготовления, как и предельные показатели, могут быть не вполне адекватными их потенциалу. И всё-таки пока ударная вязкость в 970 Дж/г является для них пределом. В общем, показатель «вязаного» Endumax'а самый высокий из когда-либо регистрировавшихся.
Более того, строго говоря, нет никаких причин, мешающих «вязать» такими же петлями любое синтетическое волокно, включая тот же кевлар, что позволит получить ещё более высокие показатели. Впрочем, учёный настроен ещё более радикально (!): он надеется адаптировать свои скользящие узлы к графену, создав на такой основе волóкна с ударной вязкостью до 100 000 Дж/г. (А вот мы при всём нашем сочувствии к его увлечённости темой столь крайних чудес отчего-то не ожидаем.)
Показатели, полученные итальянским исследователем в экспериментах, позволяют предположить, что природные прототипы останутся далеко позади.
Легко представить, каковы будут последствия внедрения этой технологии, даже если неистовый материаловед остановится на достигнутом. Сейчас материалы из синтетических волокон (и кевлар в том числе) применяются в шинах, некоторых тканях, кроссовках, смартфонах, авиационной индустрии, строительстве яхт, производстве композитов, наконец, в тех же бронежилетах и ещё бог знает где. При столь резком росте ударной прочности все эти области получат куда более надёжные материалы по ценам, близким к нынешним волокнам такого рода. Скачок? Да именно с этим столкнётся тогда промышленность...
Источник