ネブラスカ大学リンカーン大学の研究者は、エレクトロスピニングと呼ばれる技術を使用して、強力でタフな非常に薄いポリアクリロニトリルナノファイバーを開発しました。
ネブラスカ大学リンカーン材料エンジニアは、強力でタフな構造ナノファイバーを開発しました。これは、飛行機や橋からボディアーマーや自転車まで、あらゆるものを変えることができる発見です。彼らの調査結果は、今週の4月のアメリカ化学会誌の表紙で紹介されています。ACSナノ。
「複合材料で作られているものは何でも、ナノファイバーの恩恵を受けることができます」と、チームのリーダーであるMCBROOM機械工学教授であり、ネブラスカ大学リンカーン大学ネブラスカ材料ナノサイエンスセンターのメンバーであるYuris Dzenisは述べています。
「私たちの発見は、非常に選択された現在の材料ファミリに新しい材料クラスを追加し、同時に高強度と靭性を実証しています。」
構造材料では、従来の知恵は、強さが強さを犠牲にしてもたらされると考えています。強度とは、荷物を運ぶ材料の能力を指します。材料の靭性は、それを壊すために必要なエネルギーの量です。したがって、物質的なへこみが多い、または何らかの形で変形するほど、壊れる可能性は低くなります。たとえば、セラミックプレートは夕食をテーブルに運ぶことができますが、タフネスがないため、落とすと粉々になります。一方、ゴム製のボールは簡単にはっきりと押し出されますが、強いものではなく困難であるため壊れません。通常、強度と靭性は相互に排他的です。
dzenisと同僚は、エレクトロスピニングと呼ばれる技術を使用して、アクリルに関連する一種の合成ポリマーである非常に薄いポリアクリロニトリルナノファイバーを開発しました。このプロセスでは、液体の小さなジェットが排出されるまで高電圧をポリマー溶液に適用し、ナノファイバーの連続長になります。
彼らは、ナノファイバーを以前よりも薄くすることで、予想どおりに強くなるだけでなく、より強くなったことを発見しました。
ゼニスは、靭性がナノファイバーの低結晶性から来ることを示唆しました。言い換えれば、構造的に組織化されていない多くの領域があります。これらのアモルファス領域により、分子鎖がより多く滑り回ることができ、より多くのエネルギーを吸収する能力を与えます。
ほとんどの高度な繊維はアモルファス領域が少ないため、比較的簡単に壊れます。多くの複合材料を使用する飛行機では、突然の休憩が壊滅的なクラッシュを引き起こす可能性があります。補償するために、エンジニアはより多くの材料を使用して、飛行機やその他の製品を重くします。
「構造材料がより厳しい場合、製品をより軽量にし、それでも非常に安全にすることができます」とDzenisは言いました。
防弾チョッキなどのボディアーマーには、強くてタフな素材も必要です。 「弾丸を止めるには、故障前にエネルギーを吸収できるように材料が必要です。それが私たちのナノファイバーが行うことです」と彼は言いました。
Dzenisの共著者は、機械および材料工学の同僚であるDimitry Papkov、Yan Zou、Mohammad Nahid Andalib、Alexander Goponenko、UNLの機械材料工学部、およびオハイオ州アクロン大学のStephen ZD Chengです。
この研究は、国立科学財団、空軍科学研究局、および米国陸軍研究局の学際的な大学研究イニシアチブ助成金によって資金提供されました。
参照：「同時に強力で丈夫なウルトラフィン連続ナノファイバー」、Dimitry Papkov、Yan Zou、Mohammad Nahid Andalib、Alexander Goponenko、Stephen ZD Cheng、Yuris A. Dzenis、2013年3月6日、ACSナノ。
doi：10.1021/nn400028p
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