تم تطوير نسيج مضاد للرصاص أقوى وأرق من الكيفلار

لقد وجدت كيفلر أخيرًا منافسًا. لعقود من الزمن ظل المعيار الذهبي في الحماية من الصدمات – بدءًا من الدروع الواقية للبدن وحتى المركبات المدرعة – ولا يزال يستخدم على نطاق واسع حتى اليوم. ولكن الآن تم تطوير مادة مركبة جديدة أقوى وأكثر صلابة وأفضل في إيقاف الرصاص بينما تكون أرق بكثير.

لتحمل التأثيرات عالية السرعة مثل إطلاق النار، يجب أن تتمتع المادة بمقاومة للكسر تحت الحمل (قوة عالية) والقدرة على امتصاص كميات كبيرة من الطاقة دون أن تنكسر أو تفقد خصائص الحماية (صلابة عالية). الحلول الحالية، مثل الكيفلار المصنوع من ألياف الأراميد، محدودة بسبب عيب كبير للغاية. كلما حاولوا صنع الخيوط بشكل أقوى، كلما أصبحت أكثر هشاشة. من المستحيل تحقيق أداء عالٍ في كلا المعلمتين. يعد هذا بمثابة حل وسط كلاسيكي في علم المواد عند محاولة تحسين الأداء العام للمادة.

خطوات صنع السوبر فايبر

استغرق البحث عن حل ست سنوات. والنتيجة هي مزيج من مادتين: الأراميد الحلقي غير المتجانس (ألياف عالية القوة تشبه الكيفلار) وأنابيب الكربون النانوية الطويلة المعالجة (tl-SWNTs) – قاسية وخفيفة بشكل غير عادي، بسمك أقل بكثير من شعرة الإنسان.

ومع ذلك، لم يكن الاختراق هو التركيبة الصحيحة للخيوط، بل الطريقة التي تم توجيهها بها. تأكد المطورون من أن ألياف الأراميد وأنابيب الكربون النانوية كانت مستقيمة ومتوازية مع بعضها البعض. يتم تحقيق ذلك عن طريق زيادة مرونة ألياف الأراميد الأساسية تليها عملية تمدد متعددة الخطوات لمحاذاة سلاسل البوليمر والأنابيب النانوية بشكل مثالي. يعد هذا الاتجاه أمرًا بالغ الأهمية لأنه يقفل المكونات بإحكام شديد بحيث لا تنزلق ضد بعضها البعض عند الاصطدام. وبالتالي، فإن المادة قادرة على امتصاص المزيد من الطاقة دون أن تتحلل.

المزايا على كيفلر

وخضعت المادة الجديدة لاختبارات عالية السرعة، بما في ذلك اختبارات باليستية مشابهة للدروع الواقية للبدن. ويمكن الاطلاع على النتائج على صفحات المجلة موضوع.

أظهر المنتج الجديد قوة ديناميكية متفوقة بشكل كبير على الألياف الموجودة، وقدرته على امتصاص الطاقة أكثر من ضعف الرقم القياسي السابق، حيث وصلت إلى 706.1 ميجا جول م⁻³. عند تصنيعها في القماش، أظهرت هذه الألياف الفائقة الجديدة أداءً فائقًا ضد الصواريخ الباليستية مقارنة بالمواد الواقية الحالية.

“إن دراستنا لا تقدم فقط استراتيجية فعالة لإنشاء ألياف الأراميد ذات قوة ديناميكية عالية للغاية وصلابة قياسية، ولكنها تقدم أيضًا رؤى ميكانيكية جديدة”، لخص المؤلفون في ورقتهم البحثية.

على المدى الطويل، إذا وجدت هذه الألياف تطبيقًا، فقد تجعل الدفاعات المستقبلية أخف وزنًا وأرق وأكثر أمانًا.