מדענים יוצרים פולימר דמוי שריון חזק יותר מפלדה אבל גמיש כמו בד

בכל פעם ששיריון גוף עולה על דעתנו, אנו מצפים שהוא יהיה כבד ולא נוח. עם זאת, יש גרסה קלת משקל שעושה שימוש ב-2Dחומר חזק יותר מפלדה אך גמיש כמו בד.

אם יש לך את השריון הזה בהשראת שרשרת הדואר, אתה עלול להרגיש שהתנועות שלך קלות מאוד - הודות לחומר העשוי משרשראות מולקולריות משתלבות.

מהו חומר הפולימר הדו-ממדי המשולב באופן מכני?

התגלית טמונה בליבת חומר פולימרי הבנוי במבנה מולקולרי מיוחד. בניגוד לפולימרים מסורתיים, התלויים בקשרים קוולנטיים - שיתוף אלקטרונים - חומר זה עושה שימוש בקשרים מכניים, המשתלבים פיזית כחוליות של דואר שרשרת. לְפִיאוניברסיטת נורת'ווסטרןמדענים, זה הופך את החומר לחזק בצורה יוצאת דופן אך גמיש להפליא ומושלם ליישומים שבהם נחוצים גם חוזק וגם נוחות, כמו בשריון גוף.

איך זה עובד?

מבנה פולימר דו מימדי זה מהונדס בקנה מידה ננו, הנמדד בננומטרים. מונומרים בצורת X מאורגנים למבנה גבישי. הגבישים האלה מגיבים עם מולקולה שנייה כדי להיקשר זה לזה באופן מכני.

"יצרנו מבנה פולימרי חדש לחלוטין", אמר מחבר המחקר, ויליאם דיכטל מאוניברסיטת נורת'ווסטרן, ותיאר אותו כדומה לדואר שרשרת.

התוצר הסופי הוא יריעה של מולקולות פולימר דו-ממדיות המשתלבות זו בזו, ומספקות לחומר להיות חזק ואלסטי.

חומר זה מובחן על ידי צפיפות הקשר יוצאת הדופן שלו: ישנם 100 טריליון קשרים מכניים לכל 0.16 אינץ' מרובע (סנטימטר רבוע אחד). צפיפות קשר שוברת שיא כזו היא מה שעושה את החומר הזה חזק בהרבה מפולימרים רגילים. החומר, למרות שהוא חזק, גמיש, מה שהופך אותו לניפול ושמיש במגוון רחב של יישומים.

חומר שאין כמותו: חדשנות בסיכון גבוה ובתגמול גבוה

אחד האתגרים הגדולים ביותר בפיתוח החומר הזה היה מציאת דרך להנחות את הפולימרים ליצירת קשרים מכניים. פריצת הדרך הגיעה כאשר מדיסון בארדו והצוות שלה באוניברסיטת נורת'ווסטרן הבינו כיצד להשתמש במונומרים בצורת X כדי ליצור מבנה גבישי יציב. על ידי שליטה קפדנית בסידור זה והחדרת תגובה כימית, הם הצליחו ליצור קשרים מכניים בתוך הגבישים.

גיזמודומדווח שזה לא היה הישג של מה בכך, שכן הוא כלל ביסוס הטלת ספק בהנחות מבוססות לגבי אילו סוגי תגובות אפשריים בגבישים מולקולריים. התוצאה הייתה שווה את הסיכון: חומר שיכול להתעלות על פולימרים מסורתיים הן בחוזק והן בגמישות.

היכן נוכל להשתמש בפולימר המיוחד הזה

מגבלה נוספת של פולימרים קודמים הקשורים מכנית בייצור בקנה מידה קטן, זה יכול לשמש בקנה מידה גדול בהרבה; הצוות השיג יותר מאונקיה (מעל 0.5 ק"ג) מהחומר ומאמין שניתן להשיג משקל הרבה יותר גדול.

ברמה כזו ניתנת להרחבה, דלתות נפתחות עבור החומר הזה בגוף קלכל הדרך עד לטקסטיל בליסטי המשמש ביישומים צבאיים וביטחוניים שונים.

אותו פולימר חדש גם בכמויות קטנות יכול לשדרג משמעותית את התכונות של חומרים אחרים. לדוגמה, החוקרים יכלו לייצר חומר מרוכב עם 97.5 אחוז סיבי Ultem נמוך, חומר די קשיח כמו Kevlar, ורק 2.5% מהפולימר הדו-ממדי החדש.

כאשר הפולימר החדש התווסף, החוזק הכולל של הקומפוזיט גדל, מה שמסמל את יכולתו לשפר את העמידות בחומרים קיימים.

חומרי הגנה עתידניים

לחומר פולימרי דו-ממדי פורץ משחקים זה יש פוטנציאל להגדיר מחדש את מה שאנו מחשיבים "קל משקל" ו"חזק". השילוב הייחודי שלו של גמישות וחוזק עשוי להפוך אותו לחומר הרצוי עבור שריון גוף מתקדם, בדים בליסטיים ומוצרי הגנה אחרים.

אמנם יש צורך בניתוח נוסף, אך התוצאות הראשוניות מבטיחות, והחוקרים נרגשים להמשיך ולחקור את האפשרויות עבור החומר המדהים הזה.

בעתיד הקרוב נוכל לראות שריון גוף שהוא לא רק חזק יותר אלא גם נוח וקל משקל, המספק הגנה טובה יותר מבלי להתפשר על ניידות. זה יכול להיות השריון של המחר - קל כמו בד, אך חזק יותר מפלדה.