Onderzoekers van UT Dallas hebben nieuwe structuren gemaakt die gebruikmaken van de elektromechanische eigenschappen van specifieke nanovezels om uit te rekken tot zeven keer hun lengte, terwijl het harder blijft dan Kevlar.

Deze structuren absorberen tot 98 joule per gram. Kevlar, vaak gebruikt om kogelvrije vesten te maken, kan tot 80 joule per gram opnemen. Onderzoekers hopen dat de structuren op een dag materiaal zullen vormen dat zichzelf kan versterken op punten met hoge spanning en mogelijk kan worden gebruikt in militaire vliegtuigen of andere defensietoepassingen.

In een studie gepubliceerd door ACS toegepaste materialen en interfaces , een tijdschrift van de American Chemical Society, onderzoekers verdraaiden nanovezels tot garens en spoelen. De elektriciteit die werd opgewekt door het uitrekken van de gedraaide nanovezel vormde een aantrekkingskracht die 10 keer sterker was dan een waterstofbrug, die wordt beschouwd als een van de sterkste krachten gevormd tussen moleculen.

Onderzoekers probeerden hun eerdere werk na te bootsen over de piëzo-elektrische actie (hoe druk elektrische ladingen vormt) van collageenvezels die in bot worden gevonden in de hoop hoogwaardige materialen te creëren die zichzelf kunnen versterken, zei Dr. Majid Minary, een assistent-professor werktuigbouwkunde aan de Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science van de universiteit en senior auteur van de studie.

"We hebben dit proces in nanovezels gereproduceerd door het creëren van elektrische ladingen te manipuleren om te resulteren in een lichtgewicht, flexibel, maar sterk materiaal, " zei Minary, die ook lid is van het Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute. "Ons land heeft dergelijke materialen op grote schaal nodig voor industriële en defensietoepassingen."

Voor hun experiment onderzoekers hebben voor het eerst nanovezels gesponnen uit een materiaal dat bekend staat als polyvinylideenfluoride (PVDF) en zijn copolymeer, polyvinylideenfluoride trifluorethyleen (PVDF-TrFE).

Onderzoekers verdraaiden de vezels vervolgens tot garens, en ging toen verder met het materiaal in spoelen te draaien.

"Het is letterlijk draaien, hetzelfde basisproces dat wordt gebruikt bij het maken van conventionele kabel, ' zei Minary.

Onderzoekers maten vervolgens de mechanische eigenschappen van het garen en de spoelen, zoals hoe ver het kan uitrekken en hoeveel energie het kan absorberen voordat het faalt.

"Ons experiment is het bewijs van het concept dat onze constructies meer energie kunnen absorberen voordat ze falen dan de materialen die conventioneel worden gebruikt in kogelvrije pantsers. zei Minary. "Wij geloven, gemodelleerd naar het menselijk bot, dat deze flexibiliteit en kracht komt van de elektriciteit die ontstaat wanneer deze nanovezels worden gedraaid."

De volgende stap in het onderzoek is om grotere structuren te maken van de garens en spoelen, zei Minary.