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Winzige geschichtete Materialien machen ultraleichte kugelsichere Rüstungen

2021

Bei der Herstellung einer besseren Körperschutzausrüstung muss es nicht darum gehen, mehr Masse hinzuzufügen, sondern es geht um eine intelligente Schichtung. Ein neuer Verbundwerkstoff, der aus winzigen, abwechselnden Schichten von wenigen Nanometern Dicke besteht, ist leichter als andere stoßfeste Abschirmmaterialien - und das Verfahren, das die Materialwissenschaftler entwickelt haben, um es zu untersuchen, könnte in Zukunft zu noch besseren Versionen führen.

Forscher am MIT und in Frankreich entwickelten ein neues selbstorganisierendes Polymermaterial mit einer Struktur wie ein Schichtkuchen. Elastische Gummischichten wechseln sich mit starren Glasschichten ab, um Haltbarkeit und Festigkeit zu gewährleisten. Um seine Eignung zu testen, entwickelte das Team eine Methode, mit der winzige Mikrokugeln auf die Struktur geschossen werden, um zu sehen, wie sie standhält. Beim Auftreffen wie im obigen Bild verzog sich das Material und brach am Auftreffpunkt ein. Bei einem direkten Schuss wurde der Ball um 30 Prozent effektiver geblockt. Die Mikrokugeln waren hunderte Male größer als die Nanoschichten in der Rüstung, sodass sie eine realistische Simulation eines Kugelaufpralls darstellten.

Nanostrukturen können aufgrund ihres Verhaltens effektiver sein als bekannte kugelsichere Materialien wie Kevlar. Auf kleinsten Skalen verhält es sich anders, und Partikel nehmen merkwürdige Eigenschaften an. Forscher in Großbritannien untersuchen beispielsweise scherverdickende Flüssigkeiten, bei denen es sich um starre Nanopartikel handelt, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind, die beim Aufprall härtet. In diesem neuesten Fall verleiht eine einzigartige Anordnung der Materialien zusätzliche Haltbarkeit und Festigkeit.

Der eigentliche Durchbruch liegt jedoch in der Art und Weise, wie das Team diese Auswirkungen messen konnte. Mit einem Elektronenmikroskop können Sie winzige Effekte und Veränderungen in jeder Materialschicht erkennen. Eine weitere Untersuchung dieser Verzerrungen, z. B. wie tief sie eindringen und wie weit sie sich ausbreiten, könnte zu systematischen Verbesserungen führen. Dies ist laut MIT News eine neue und effektivere Möglichkeit, strukturierte Polymere zu untersuchen. Ihr ultimatives Ziel ist es, zu beobachten, wie sich das Ganze in Echtzeit als Reaktion auf einen Aufprall ausdehnt und verformt.

Die Arbeit erscheint in Nature Communications .

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