Una sezione trasversale della guaina protettiva e isolante a base di Kevlar utilizzata nel test IRVE-3 (Gonfiabile Orbiter Test) della NASA – illustrativo.
Presentata. Nasa
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Ultraleggero, resistente e compatto: queste sono le caratteristiche di un materiale composito basato su una struttura che collega i nanotubi di carbonio alle nanofibre di Kevlar, che è stata recentemente descritta dagli scienziati dell’Università del Wisconsin-Madison (sulla rivista ACS Nano). I materiali testati potrebbero presto diventare la base per la produzione di un nuovo tipo di armatura balistica, oltre a coperture per navi e veicoli spaziali.
Il materiale descritto serve a garantire la capacità di fermare il lancio di oggetti e di muoversi a velocità molto elevate, in modo relativamente più efficace rispetto alle comuni piastre in Kevlar e alle armature d’acciaio. “I nostri materassini in nanofibra sono molto migliori di altri materiali protettivi di peso molto inferiore” – ha affermato uno degli scienziati coinvolti nel progetto, il prof. Ramathasan Thivamaran.
Il team di ricerca ha basato la propria idea sulla struttura di nanotubi di carbonio a parete multipla (uno strato spesso un atomo) con nanofibre di Kevlar. È stato riscontrato che la composizione indicata fornisce una capacità di distribuzione dell’energia d’urto eccezionale. Il professor Thevamaran ha sottolineato che “i materiali in nanofibra sono molto utili nelle applicazioni protettive – questo perché le nanofibre hanno resistenza, tenacità e rigidità eccezionali rispetto alle fibre più grandi”.
Come indicato nella descrizione della ricerca, gli scienziati hanno migliorato le proprietà dinamiche dei materassini in nanotubi di carbonio (costituiti da nanotubi di carbonio) grazie ad una specifica combinazione con nanofibre aramidiche (ANF – ovvero il Kevlar sopra menzionato). I parametri desiderabili per unire i nanotubi sono stati ottenuti grazie alla formazione di legami idrogeno sfaccettati stabili ed efficienti, che hanno notevolmente aumentato la capacità di trasferire le interazioni nella struttura. Come misurato, le reazioni potenziate in questo modo nel materiale CNT hanno aumentato l’assorbimento dell’energia cinetica del proiettile (fino alla velocità supersonica) a 3,6 MJ/kg, ben al di sopra dei parametri dei materiali di schermatura a base di Kevlar attualmente ampiamente utilizzati.
Il legame idrogeno è dinamico, il che significa che può essere rotto e riformato più e più volte. Questo processo dissipa grandi quantità di energia. Inoltre, i legami idrogeno aumentano la durezza, rafforzando il tappetino. Quando abbiamo alterato le reazioni interfacciali nei nostri materassini aggiungendo fibre di nano-Kevlar, abbiamo ottenuto quasi il 100%. Migliorata la dissipazione di potenza in alcuni impulsi supersonici.
il professore. Ramathasan Thevamaran, Università del Wisconsin-Madison
I ricercatori hanno testato la loro invenzione utilizzando microparticelle con accelerazione laser. “Il nostro sistema è progettato in modo tale da consentire di selezionare una singola pallina al microscopio e spararla al bersaglio a una velocità controllata con una precisione da 100 metri a più di un chilometro al secondo”, ha osservato il professor Thevamaran. Ha inoltre spiegato: “Questo ci ha permesso di eseguire esperimenti. Su una scala temporale che consente di osservare l’interazione della materia durante le interazioni con i legami idrogeno”.
Il nuovo materiale protettivo, come il Kevlar, ha anche un altro vantaggio. Mantiene le sue proprietà a temperature molto basse e alte, il che gli consente di essere utilizzato anche in ambienti difficili.
Questo probabilmente ne garantisce l’utilità in condizioni spaziali. Si ritiene che la soluzione si rivelerà efficace come un modo per proteggere la superficie di satelliti e veicoli spaziali dalle minacce cinetiche di vari tipi di detriti e piccoli oggetti sparsi nell’orbita sempre più affollata attorno alla Terra.
Una descrizione scientifica del progetto è disponibile nella pagina dedicata sito web .
Źródło: Università del Wisconsin / PAP
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