Una sección transversal de la funda protectora y aislante a base de Kevlar utilizada en la prueba del Orbitador Inflable de la NASA (IRVE-3) – ilustrativa.
foto de la NASA
Ultraligero, resistente y compacto: estas son las características de un material compuesto basado en una estructura que conecta nanotubos de carbono a nanofibras de Kevlar, que recientemente fue descrito por científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison (en la revista ACS Nano). Los materiales probados pronto pueden convertirse en la base para la producción de un nuevo tipo de armadura balística, así como cubiertas para barcos y naves espaciales.
El material descrito es para garantizar la capacidad de detener el lanzamiento de objetos y moverse a velocidades muy altas, de manera relativamente más efectiva que las placas de Kevlar comunes y la armadura de acero. “Nuestras esteras de nanofibras son mucho mejores que otros materiales protectores de mucho menor peso”, dijo uno de los científicos involucrados en el proyecto, el Prof. Ramathasan Thivamaran.
El equipo de investigación basó su idea en la estructura de los nanotubos de carbono de pared múltiple (una capa de un átomo de espesor) con nanofibras de Kevlar. Se ha encontrado que la composición indicada proporciona una capacidad excepcional de distribución de energía de impacto. El profesor Thevamaran enfatizó que «los materiales de nanofibras son muy útiles en aplicaciones de protección, esto se debe a que las nanofibras tienen una resistencia, dureza y rigidez excepcionales en comparación con las fibras más grandes».
Como se indica en la descripción de la investigación, los científicos han mejorado las propiedades dinámicas de las esteras de nanotubos de carbono (compuestas por nanotubos de carbono) gracias a una combinación específica con nanofibras de aramida (ANF, es decir, Kevlar mencionado anteriormente). Los parámetros deseables para unir nanotubos se obtuvieron gracias a la formación de enlaces de hidrógeno multifacéticos estables y eficientes, lo que aumentó considerablemente la capacidad de transferir interacciones en la estructura. Tal como se midió, las reacciones mejoradas de esta manera en el material CNT aumentaron la absorción de la energía cinética de la bala (hasta una velocidad supersónica) a 3,6 MJ/kg, muy por encima de los parámetros de los materiales de protección a base de Kevlar ampliamente utilizados actualmente.
El enlace de hidrógeno es dinámico, lo que significa que se puede romper y volver a formar una y otra vez. Este proceso disipa grandes cantidades de energía. Además, los enlaces de hidrógeno aumentan la dureza, lo que fortalece la estera. Cuando modificamos las reacciones interfaciales en nuestros tapetes agregando fibras de nano-Kevlar, obtuvimos casi el 100 %. Disipación de energía mejorada en algunos pulsos supersónicos.
el profesor. Ramathasan Thevamaran, Universidad de Wisconsin-Madison
Los investigadores probaron su invento utilizando micropartículas aceleradas por láser. “Nuestro sistema está diseñado de tal manera que le permite seleccionar una sola bola bajo el microscopio y dispararla al objetivo a una velocidad controlada con una precisión de 100 metros a más de un kilómetro por segundo”, señaló el profesor Thevamaran. Explicó además: «Esto nos permitió realizar experimentos. En una escala de tiempo que permite observar la interacción de la materia durante las interacciones con los enlaces de hidrógeno».
El nuevo material protector, como el Kevlar, también tiene otra ventaja. Conserva sus propiedades a muy bajas y altas temperaturas, lo que permite su uso incluso en entornos hostiles.
Esto probablemente asegura su utilidad en condiciones espaciales. Se cree que la solución resultará efectiva como una forma de proteger la superficie de los satélites y las naves espaciales de las amenazas cinéticas de varios tipos de desechos y pequeños objetos dispersos en la órbita cada vez más poblada alrededor de la Tierra.
Una descripción científica del proyecto está disponible en la página dedicada sitio web .
Fuente: Universidad de Wisconsin / PAP
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