Четвертый международный форум «Передовые цифровые и производственные технологии» 14–15 декабря 2022 года
Hi-Tech новости 5 Февраля 2007 года
Данная новость была прочитана 9921 раз

CompMechLab Hi-Tech-REVIEW. НАНОМЕХАНИКА. Нано- трубки/волокна/композиты/броня

"Жидкая наноброня"

Уральские оборонщики испытывают свое последнее изобретение, с довольно противоречивым названием – "жидкая наноброня". По сути, это – суперпрочный гель. Пропитанная им одежда приобретает свойства бронежилета. А покрытый "жидкой наноброней" бампер автомобиля сможет обезопасить пассажиров при аварии.

Жидкая наноброня

Мутный раствор в маленьком пузырьке и есть последняя разработка уральских оборонщиков – "жидкая наноброня". Если этим составом пропитать ткань, она выдержит выстрел из пневматического ружья с расстояния в один метр. Пуля просто застрянет в волокнах. Если из той же пневматики с такого же расстояния выстрелить в кирпич, свинцовая пуля войдет в него почти на пять-шесть сантиметров.

Разработку защитного материала нового поколения уральские ученые начали полгода назад. Вещество назвали "жидкая наноброня".

"Вот такая жидкость. Она состоит из двух главных элементов: это гель, гелевая составляющая, и наночастицы металла. То есть, когда прилетает какая-то пуля, осколок, нож в материал, пропитанный жидкой броней, она мгновенно затвердевает", - показывает изобретение Н. Викторов, директор венчурного фонда военно-промышленного комплекса Свердловской области.

Эффект такой защиты достигается благодаря сверхтвердым наночастицам металлов размером с сотые доли микрона, растворенным в жидкости. Как только происходит механическое давление на наночастицы, они собираются вместе, изменяя при этом структуру раствора, делая его твердым в местах удара. Этот переход происходит менее чем за миллисекунду, что и позволяет защитить человека. Изменяя концентрацию гелевого раствора, можно регулировать время, в течение которого материал вновь станет жидким.

Гель гораздо легче металлической брони, что делает его применение наиболее перспективным в авиакосмической промышленности, и в производстве бронированной техники. "Жидкую наноброню" можно использовать в автомобильной промышленности: если ей заполнить, к примеру, бампер, он приобретет и легкость, и прочность, и вместе с тем обезопасит пассажиров. Даже повседневная одежда с применением нанотехнологий станет более комфортной.

"Основной особенностью "жидкой брони" является возможность изготовления таких костюмов, которые позволят закрывать локтевые суставы, коленные суставы. Но при этом она остается подвижной и легкой", - говорит Н. Викторов.

Испытания наноброни сейчас проходят заключительную фазу. Одновременно идет процесс подготовки к патентованию супер-жидкости. Поэтому ученые пока не разглашают информацию: какие химические вещества входят в состав геля.

www.vesti.ru

Дополнительная информация по теме:

Ранее сообщалось, что израильская компания ApNano создала новые материалы, которые, будучи многократно прочнее и легче стали, могут стать основой для необычайно прочной наноброни.

Исследователи из Вейцмановского института выяснили, что при определенных условиях эти соединения можно синтезировать в нестандартных формах - в виде наносфер и нанотрубок, получивших название "неорганические наноструктуры, подобные фуллеренам" (Inorganic Fullerene-Like Nanostructures или IF). Фуллерен является третьей формой углерода (после алмаза и графита). Молекула фуллерена строится, как минимум, из 60 атомов углерода и представляет собой усеченный икосаэдр, составленный из пяти- и шестиугольников (по форме напоминает футбольный мяч).

 С точки зрения химии IF представляют собой сульфиды металлов: вольфрама, молибдена, титана и ниобия. Но учёные научились синтезировать их в непривычных формах, в виде наночастиц — трубок и сфер, — подобных углеродным нанотрубкам и шарикам-фуллеренам с диаметром всего в десятки атомов. Составленные из таких частиц материалы показывают необычайно высокую прочность и превосходную способность абсорбировать удар, сохраняя после воздействия начальную форму.

История коммерческого успеха компании начинается с выпуска в 2004 году наносмазки, уменьшающей трение между различными поверхностями. Теперь же компания стала разрабатывать различные наноматериалы для защиты человека от воздействия взрывной волны, механических и химических воздействий. Проще говоря, компания заострила внимание на создании сверхпрочного и легкого материала, пригодного в оборонной промышленности. Это может быть не только броня, но и корпусы разнообразных машин, шины, покрытия и пр.

Так, в опытах образцы IF на основе вольфрама останавливали стальные снаряды, летящие со скоростью 1,5 километра в секунду (при этом в точке удара создавалось давление до 250 тонн на квадратный сантиметр), а также выдерживали статическую нагрузку в 350 тонн на квадратный сантиметр.  При этом материал характеризуется высокой способностью рассеивать энергию удара и, по сравнению с фуллеренами, является менее токсичным и огнеопасным. "Наноброня" из дисульфида вольфрама по прочности вдвое превосходит лучшие из применяющихся сегодня материалов при меньшем весе.

ApNano намерена перейти к развитию аналогичных образцов на основе дисульфида титана, которые, как ожидают изобретатели IF, окажутся ещё более прочными, чем вольфрамовые, да к тому же - при вчетверо меньшем весе.

Авторы работы отмечают, что IF дешевле и проще в производстве, чем углеродные нанотрубки и фуллерены, а также менее огнеопасны. В настоящее время в своей лаборатории ApNano за день может изготовить только несколько килограммов нового материала, но в будущем она намерена нарастить мощности до 100-200 килограммов, а к 2007 году — создать массовое производство с выходом нескольких тонн IF в день.

www.pwgs.org, http://science.compulenta.ru/

 

Металло-матричный нанокомпозит обещает невиданную износостойкость

Первые металло-матричные композитные материалы были созданы около двадцати лет тому назад. В настоящее время они получили широкое применение в различных областях промышленности благодаря своим уникальным свойствам, которые не достижимы для обычных металлов и сплавов. В этих материалах металл выступает в качестве матрицы, которая усиливается путем добавления неметаллических веществ, обычно керамики.

Группа ученых под руководством проф. П. Роатги (P. Rohatgi) из университета Висконсина-Милуоки (University of Wisconsin-Milwaukee) разрабатывает новый класс композитных материалов, добавляя в них наночастицы, что должно придать материалам такие свойства, как самосмазываемость и износостойкость.

Размер наночастиц, вводимых в композиты, составляет менее 100 нанометров. По расчетам ученых, алюминий, усиленный наночастицами, будет в 10 раз прочнее обычного сплава на основе алюминия, при этом он будет более легким и сможет выдерживать высокие давления. Новый композитный материал будет иметь широкую область применений: от двигателей автомобилей до оборонных разработок.

Другой необычный материал, над которым работает группа проф. Роатги, - это так называемая «синтаксическая металлическая пена». Она состоит из металлической основы, в которую помещаются полые микроскопические шарики, созданные из переработанной сажи. Внутри шариков могут содержаться различные газы или создается вакуум.

Благодаря такой структуре, материал обладает высокой амортизационной способностью и звукоизолирующими свойствами. Синтаксическая металлическая пена может использоваться для смягчения удара при автомобильных авариях. Этот материал может также использоваться для защиты зданий от взрывов и пожаров, в том числе и бомбоубежищ.

www.cnews.ru

 

 

Изучены механические свойства ткани из нанотрубок

Модель распределения напряжений в суперграфите.


Модель распределения напряжений в суперграфите. Одна трубка разорвана (иллюстрация Xiong Zhang, et al).

Ученые Минь Ван (Min Wang), Синьмин Цю (Xinming Qiu) и Сюн Чжан (Xiong Zhang) из китайского университета Циньнхуа (Tsinghua university) рассчитали с помощью компьютерной модели параметры эластичного материала из углеродных нанотрубок.

 

Авторы исследования изучили взаимодействие соединения углеродных нанотрубок в виде буквы Y, которое, будучи многократно повторённым, создавало сотовую структуру. Конечно-элеметное моделирование показало, что под растягивающей нагрузкой такая система ведёт себя удивительно упруго и выдерживает большие усилия. Причём поведение её несколько отличалось от такой же по форме сетки, но в обычном макроскопическом масштабе.

 

 

Оказалось, при длине отдельных трубок в 20 нанометров, распределение усилий внутри сот зависело не только от классической теории упругости. Тут уже вмешивались силы Ван дер Ваальса между соседними ячейками и рекомбинация химических связей.

 

Также учёные установили, что при повреждении одной из трубок остальные неплохо перераспределяли между собой нагрузку.

 

Поскольку форма соединения Y напоминает связь углерод-углерод в графите, авторы исследования назвали новый материал суперграфитом. Этой сети учёные прочат большое будущее в сфере высокопрочных конструкционных материалов. Подробнее — в отчёте исследователей, опубликованном в журнале Nanotechnology.

www.membrana.ru

 

Нанотехнологи изобрели колёсную пару

Так выглядит конфигурация колёсной пары из атомов углерода, катящейся по медной пластине
Так выглядит конфигурация колёсной пары из атомов углерода, катящейся по медной пластине (иллюстрация FUB/CEMES)

Учёные из немецкого Института экспериментальной физики (Institut für Experimentalphysik) и французского Центра разработки материалов и структурных исследований (Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales) рассказали, что недавно изобрели колесо – в наномасштабе.

 

На самом деле речь об изобретении целой пары, состоящей из двух колёс диаметром 0,8 нанометра, соединённых осью, состоящей всего из четырёх атомов углерода и представляющей собой целостную молекулу. Раньше эта конструкция была неподвижной, а теперь учёные смогли заставить её катиться по плоскости.

 

В ходе эксперимента исследователи распыляли эти структуры на поверхность медной пластины. Затем с помощью острия электронного сканирующего микроскопа подталкивали молекулы, в результате чего они начинали вращательное движение.

 

Каждое из колёс является молекулой триптицена – трёхмерную структуру из атомов углерода, вид которой сравнивают с гребным колесом парохода, имеющим три лопасти.

 

Эта наноподелка, очевидно, представляет собой ценный вклад в разработку будущих наномашин. Подробности об изобретении сообщаются в Nature Nanotechnology.

www.membrana.ru

 

 

Найден путь к созданию более прочных нановолокон

Ткань из нановолокон, созданная в Израиле

Ткань из нановолокон, созданная в Израиле (фото Technion)

Волокна из полимеров резким скачком увеличивают свою прочность, если их диаметр становится ниже определённой величины. Специалисты из израильского технологического института Technion нашли объяснение этому феномену.

 

Эйял Зуссман (Eyal Zussman) и Олег Гендельман (Oleg Gendelman) объясняют, что полимерные нановолокна состоят из хаотично связанных цепочек, звеньями в которых являются макромолекулы. В процессе формирования волокна они не могут все выстроиться одинаковым образом, и потому формируют последовательный ряд областей, в которых макромолекулы ориентированы в том или ином направлении.

 

Исследователи вычислили размер этих областей и оказалось, что он равен критическому диаметру волокна, при котором резко меняются его механические свойства. Для нейлоновых волокон такой диаметр, к примеру, оказался равным 500 нанометрам.

 

"Когда диаметр волокна превышает размер этих областей, макромолекулы могут перемещаться друг относительно друга, — говорит Зуссман. — Но когда диаметр волокна становится меньшим, эти области ориентации получаются ограниченными, и макромолекулы уже не могут легко перемещаться. Таким образом, они становятся прикреплёнными одна к другой как автомобили в пробке".

 

Хотя израильские учёные сосредоточили своё внимание на определённом типе нановолокон, они утверждают, что их идея поможет понять физические свойства широкого диапазона наноструктур. Практически же это может привести к появлению, к примеру, более лёгких и прочных бронежилетов.

 

www.membrana.ru