Wissenschaft

Nano-gefertigte „Tetrakaidekaeder“ könnten Kevlar besser machen als kugelsicher – TechCrunch

Forscher bei MIT und Caltech haben ein nanotechnologisches Material geschaffen, das zäher sein kann als beispielsweise Kevlar oder Stahl. Das Material besteht aus miteinander verbundenen „Tetrakaidekaedern“ aus Kohlenstoff und absorbierte spektakulär den Aufprall mikroskopisch kleiner Kugeln.

Die von Carlos Portela vom MIT geleitete Studie zielte darauf ab, herauszufinden, ob Materialien mit Nanoarchitektur – d. h. im Nanometerbereich entworfen und hergestellt – ein gangbarer Weg für ultrastarke Explosionsschutzschilde, Körperpanzer und andere Schutzvorrichtungen sein könnten . Oberflächen.

Die Idee von Tetrakaidekaeder-basierte Materialien sind jedoch nicht neu. Die komplexe 14-seitige Klasse von Polyedern (es gibt etwa 1,5 Milliarden mögliche Variationen) wurde von Lord Kelvin im 19. Jahrhundert als eine der effizientesten vorgeschlagen, um den Raum mit Duplikaten ihrer selbst zu füllen.

Wenn viele solcher Polyeder auf kleinem Raum untergebracht und miteinander verbunden werden könnten, fragten sich Portela und seine Kollegen, würden sie dann als effizienter Stoßdämpfer wirken? Solche Materialien wurden mit langsamen Verformungen getestet, aber nicht mit starken Stößen, wie man es von einer Kugel oder einem Mikrometeoroid erwarten würde.

Um das herauszufinden, setzten sie mithilfe von Nanolithographie-Techniken Blöcke des Materials zusammen und backten die resultierende Struktur, bis sie aus reinem Kohlenstoff bestand. Dann beschossen sie diese Kohlenstoffstrukturen mit 14 Mikrometer breiten Siliziumoxidgeschossen, die sich weit über der Schallgeschwindigkeit bewegten (obwohl der Vergleich in diesen Maßstäben etwas seltsam ist).

Nahaufnahme der Siliziumoxid-Kugel, die in das Kohlenstoffmaterial eingebettet ist

Bildnachweise: MIT / Caltech

Die Kohlenstoffstrukturen, insbesondere die dichteren, haben den Aufprall extrem gut absorbiert und das Partikel vor dem Absterben bewahrt – und vor allem verformt, aber nicht zersplittert.

„Wir zeigen, dass das Material aufgrund dieses Stoßverdichtungsmechanismus von nanoskaligen Streben im Vergleich zu etwas völlig dichtem und monolithischem, nicht nano-architektonisch viel Energie absorbieren kann“, sagte Portela in einer Pressemitteilung, in der die Entdeckung beschrieben wurde. „Die gleiche Masse unseres Materials würde ein Projektil viel effizienter stoppen als die gleiche Menge Kevlar.“

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Interessanterweise fanden die Forscher heraus, dass sie Auswirkungen und Schäden am besten modellieren können, indem sie Methoden verwenden, die allgemein verwendet werden, um Meteore zu beschreiben, die auf die Oberfläche eines Planeten treffen.

Dies ist nur ein erstes Laborergebnis, daher werden Soldaten in absehbarer Zeit keine tetrakaidekaedrische Körperpanzerung tragen, aber das Experiment zeigt sicherlich, dass dieser Ansatz vielversprechend ist. Wenn das Team einen Weg finden kann, das Material in großem Maßstab herzustellen, könnte dies in allen Arten von Branchen nützlich sein.

Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Natürliche Materialien.

Lili Falk

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