Исследователи Инженерной школы Брауна при Университете Райса в Хьюстоне (Rice University) с помощью методов 3D-печати разработали многослойные карбоновые полимеры, обладающие столь феноменальной прочностью, что способны останавливать даже движение пули.

Тубуланы пуленепробиваемый куб (1)
Куб из карбонового полимера, напечатанный на 3D-принтере

Создание нового невероятно устойчивого материала стало возможным благодаря тубуланам — сложнейшим структурам из сшитых углеродных фуллереновых нанотрубок, которые были открыты еще в 1993 году химиком Рэем Бауманом из Университета Техас и физиком Дугласом Гальвао из Государственного университета Кампинас в Бразилии.

Тубуланы пуленепробиваемый куб (3)
Модель тубулановой углеродной структуры

В свою очередь фуллереновые цилиндры изготовлены из бакминстерфуллерена C 60 (или как его еще называют «бакибол»), за открытие которого трём ученым, Крото, Керл и Смолли, в 1996 году были вручены Нобелевские премии по химии.

Тубуланы пуленепробиваемый куб (5)
Модель бакминстерфуллерена (С60) — одной из разновидностей фуллерена — аллотропа молекулы углерода, который представляет собой замкнутую сферу, состоящую из 60-ти атомов углерода.

Долгое время Бауман и Гальвао предполагали, что подобный материал может обладать сверхвысокой прочностью, сопоставимой с алмазом. Лишь спустя более 25 лет с активным развитием 3D-принтеров у науки появилась возможность доказать это предположение на практике.

В ходе недавнего исследования 12 аспирантов-инженеров факультета материаловедения и наноинженерии Университета Райса провели любопытные эксперименты со стрельбой по двум различным небольшим кубам.

Один куб состоял из твердого монолитного полимера, в то время как другой — из того же полимера, но напечатанного на 3D-принтере в виде пористой трубчатой структуры с бесчисленным количеством паттернов и слоёв. Скорость выпущенной пули при этом составляла 5,8 километров в секунду, что в 6 раз превышало скорость полета пули, выпущенной из автомата Калашникова.

Тубуланы пуленепробиваемый куб (7)

Результаты оказались впечатляющими: в то время, как литой полимерный блок при стрельбе был существенно повреждён и обладал огромной вмятиной и трещинами по всему объёму, нано-трубчатый куб остановил пулю верхними своими слоями, оставив большую часть конструкции полностью невредимой.

Такой результат эксперимента может у многих вызвать удивление, ведь зачастую предполагается, что чем более пориста структура материала — тем слабее его баллистическая прочность и способность к поглощению энергии. Но в реальном эксперименте с тубулановым кубом сложная полимерная решетка деформировалась и послойно разрушалась, на порядок лучше поглощая кинетическую энергию удара пули и сдерживая распространение повреждения на минимальной площади.

Любопытно, что свои уникальные устойчивые свойства полимер приобретает в результате собственного сложно-оптимизированного топологического строения, которое часто встречается в природных органических материалах, и которое ученым удалось воссоздать с помощью 3D-принтера.

По завершению своего эксперимента исследователи Университета Райса заключили, что масштабирование и воссоздание сложных структур и паттернов с помощью 3D-печати не влияет на такие свойства материала как прочность и чрезвычайная сжимаемость.

Хочется верить, что в скором будущем мы сможем наблюдать создание более крупных полимерных 3D-конструкций, которые оставались бы при этом лёгкими, сжимаемыми, сверхпрочными, долговечными, и были бы способны заменить металлы и минеральные породы в различных отраслях: от военной и аэрокосмической, до строительно-архитектурной.

Тубуланы пуленепробиваемый куб (6)

Исследование Университета Райса стало, несомненно, важнейшим шагом в сторону разработки того, что многими учеными считается «священным Граалем» в дизайне материалов.


Следите за выходом новых материалов в наших каналах @under35.me

Facebook | Instagram | Telegram | LinkedIn | Twitter

Comments

comments