В Гарварде создали наноматериал, который защищает и от взрывов и от тепла
30.06.2020
Легкий многофункциональный нановолоконный материал, который может защитить человека как от экстремальных температур, так и от взрывов боеприпасов, разработали исследователи из Гарвардского университета в сотрудничестве со специалистами Командного центра развития боевых возможностей армии США (CCDC SC) и базы West Point, 29 июня сообщает журнал phys.org.
Разработка экипировки для защиты конечностей от экстремальных температур и осколков от взрыва боеприпаса затруднена из-за фундаментального противоречия.
Материалы, достаточно прочные для защиты от баллистических угроз, являются хорошими проводниками тепла и не могут защитить от экстремальных температур. А теплоизоляционные материалы не могут защитить от механических воздействий.
В результате большая часть современного защитного снаряжения состоит из нескольких слоев различных материалов, что приводит к громоздкому, тяжелому снаряжению, которое сильно ограничивает подвижность солдата.
Материалы с сильной механической стойкостью, такие как металлы и керамика, имеют высокоупорядоченную и ориентированную молекулярную структуру. Такая конструкция позволяет им выдерживать и распределять энергию прямого удара.
Теплоизоляционные материалы, с другой стороны, имеют гораздо менее упорядоченную структуру, что препятствует передаче тепла через материал.
Нахождение компромисса между механической защитой и теплоизоляцией лежит в химическом составе материала и ориентации его микроструктуры.
«Наша цель состояла в том, чтобы разработать многофункциональный материал, который мог бы защитить работающих в экстремальных условиях, таких как астронавт, пожарный или солдат, от множества различных угроз, с которыми они сталкиваются», — сказал Грант М. Гонсалес, аспирант SEAS.
Для этого высокопрочный кевлар изготовили в виде нановолокон. Затем в специально созданном оборудовании отформовали его в пористые листы.
Чтобы проверить листы, исследователи из CCDC SC в Натике, штат Массачусетс, смоделировали удар шрапнели, выстрелив в образец большими, похожими на BB снарядами.
В результате, разница в механической стойкости между стопкой полностью сплетенных листов Twaron (бронезащитная ткань) и комбинированной стопкой сплетенных Twaron с полученным пористым материалом оказалась незначительной.
При тестировании на теплозащиту исследователи обнаружили, что нановолокна обеспечивают в 20 раз большую теплоизоляционную способность, чем Twaron и кевлар.