哈佛大學創(chuàng)造一種新的納米纖維材料 耐熱性比凱夫拉好20倍
據(jù)外媒報道,凱夫拉(Kevlar)和特瓦倫(Twaron)是著名的堅韌材料,但在強度、耐熱性和重量之間需要做出一點權(quán)衡。現(xiàn)在,哈佛大學的研究人員已經(jīng)創(chuàng)造了一種新的納米纖維版本的材料,它具有同樣的強度,但更加隔熱。 Kevlar和Twaron的保護性能來自于它們的分子結(jié)構(gòu),而改變這種結(jié)構(gòu)就會改變它們的有效作用。對于機械打擊,如防彈背心,材料會呈現(xiàn)出高度有序的結(jié)構(gòu),從而使其能夠重新分配力量。保溫材料具有更多的多孔結(jié)構(gòu),可以最大限度地減少通過的熱量。 通常情況下,由于材料的基本特性,設(shè)計用于保護肢體免受極端溫度和伴隨爆炸的致命彈丸的設(shè)備一直很困難。強度足以抵御彈道威脅的材料無法抵御極端溫度,反之亦然。結(jié)果,當今的大部分防護裝備是由多層不同的材料組成的,從而導致笨重而沉重的裝備,如果戴在手臂和腿上,將嚴重限制士兵的行動能力,F(xiàn)在研究人員開始將兩種類型的材料合二為一。 "我們的目標是設(shè)計一種多功能材料,能夠保護在極端環(huán)境中工作的人,如宇航員、消防員或士兵,免受他們面臨的許多不同威脅,"該研究的第一作者Grant Gonzalez說。為此,研究人員需要將這兩種類型的分子結(jié)構(gòu)--高度有序而又多孔--結(jié)合到一種材料中。它是用一種叫做浸泡式旋轉(zhuǎn)噴射紡絲(iRJS)的工藝制成的。基本上,一個裝置旋轉(zhuǎn)并迫使液態(tài)聚合物溶液通過一個小孔流出,形成長長的聚合物鏈。它撞上了釘在離心機壁上的液浴,并凝固。然后,這些固體線聚集在基地周圍。 研究人員能夠調(diào)整起始聚合物液體的粘度,使最終的線程具有所需的特性。最后,他們能夠生產(chǎn)出長長的、排列整齊的納米纖維片,它們之間有很多孔隙。下一步,他們必須測試納米纖維片是否真的對彈道和熱量都有保護作用。在向堆疊的片材發(fā)射類似BB 彈的彈丸的測試中,研究小組發(fā)現(xiàn),新材料和普通的Twaron編織材料一樣耐用。 在熱測試中,研究人員發(fā)現(xiàn)新材料的隔熱性能比商用Twaron和Kevlar好20倍左右。使用目前的設(shè)置,該團隊可以在10分鐘左右的時間內(nèi)紡出尺寸約為10×30厘米(3.9×11.8英寸)的薄片,但如果擴大生產(chǎn)規(guī)模,這可能會得到改善。 “雖然還有改進的余地,但我們已經(jīng)突破了可能的界限,并開始向這種多功能材料領(lǐng)域發(fā)展,”Gonzalez說。 |