Některé vědecké objevy posouvají hranice lidských možností. Kevlar mezi takové rozhodně patří, neboť se mu podařilo změnit pojetí osobní ochrany i bezpečnosti. Od 60. let, kdy byl v laboratořích společnosti DuPont vynalezen, zachránil tisíce životů. Toto lehké, ale extrémně pevné syntetické vlákno, schopné zastavit kulku, se stalo synonymem pro moderní balistickou ochranu a symbolem pokroku v oblasti materiálového inženýrství.
Avšak přesto, že se vlastnosti i výroba kevlaru, který se dnes používá při výrobě neprůstřelných vest, přileb a ochranného vybavení nebo také v letectví, autoprůmyslu, sportovním vybavení či optických kabelech, postupně zdokonalily, vědci stále hledají jeho možného nástupce. Mezi dosavadní kandidáty patří třeba molekulární „kroužková zbroj“, polymerní materiál zvaný Dyneema, nebo dokonce „pavoučí hedvábí“, které se v laboratořích daří synteticky napodobovat.
Nedávno se však objevil další uchazeč s ambicí překonat všechny dosavadní. Jde o ultralehký materiál, jenž kombinuje uhlíkové nanotrubice s aramidovými polymery, je silný pouhých 1,8 milimetru, a přesto má třikrát větší pevnost než kevlar. Napsal o tom server Popular Mechanics.
Pevnost a houževnatost jsou zásadní
Uhlíkové nanotrubice (CNT) jsou známé svou vysokou tepelnou vodivostí. I proto se zkoumá jejich využití jako možného nástupce křemíku v počítačových čipech. Jejich pevnost v tahu je však ještě působivější, přičemž právě tato vlastnost zaujala Ťina Čanga z Pekingské univerzity, který strávil šest let vývojem materiálu schopného kevlar překonat.
„Mimořádná pevnost a houževnatost jsou zásadní pro vláknité materiály určené k ochraně proti nárazům, a to včetně neprůstřelných vest, vozidel či letadel. Naše nové vlákno výrazně překonává všechny dosud popsané polymerní materiály a tkanina z něj předčí kevlar ve všech ukazatelích,“ uvedl Čang pro New Scientist.
Své závěry popsal Čangův tým ve studii zveřejněné v časopise Matter. V ní vědci vysvětlují, že dosáhli mimořádných vlastností tím, že zarovnali nanotrubice s aramidovým polymerem, což je syntetická látka známá svou pevností a tepelnou odolností. Podobné vlastnosti má přitom i kevlar.
Klíč je v uspořádání
Při běžné výrobě jsou aramidové polymery křehké, což omezuje jejich využití. Uhlíkové nanotrubice, tedy chemicky upravené dlouhé jednovrstvé uhlíkové nanotrubice, však tento problém řeší. Jsou neuvěřitelně pevné, a přitom tenké jako lidský vlas.
Výzkumníci nejprve zvýšili pružnost aramidových řetězců a poté je natáhli do přesného směru, aby vytvořili paralelní uspořádání s nanotrubicemi. Díky tomu se jednotlivé komponenty do sebe doslova „zaklesly“, čímž se zároveň zabránilo i jejich posouvání při nárazu.
Ve výsledku to pak znamená, že nový materiál mohl absorbovat mnohem větší množství energie, respektive odolat daleko vyššímu nárazu bez poškození. Dle balistických testů dokázal absorbovat 706,1 megajoulu na metr krychlový, což dvojnásobně překonává dosavadní rekord.
„Kompromis mezi pevností a houževnatostí je ve vědě o materiálech přetrvávající výzvou. Naše práce přináší nový pohled a praktický návod, jak využít vnitřní mechanické vlastnosti polymerních řetězců i na makroskopické úrovni,“ dodali autoři ve studii. Práce jejich týmu podle nich ukazuje, že vývoj zdaleka nekončí a lidstvo možná stojí na prahu éry, kdy neprůstřelné materiály budou lehčí, tenčí a odolnější než kdykoliv dřív.
