Современные высокотехнологичные материалы до сих пор являются объектом для пристального исследования. Их свойства изучены далеко не полностью, поэтому они до сих пор периодически удивляют учёных. Сюда можно отнести и наноматериалы, широко применяемые в разработке новых технологий. Не так давно исследователи обнаружили, что наноструктуры, построенные из углерода, оказываются намного прочнее кевлара.

Наноматериалы и наноструктуры

С тех пор, как исследователи, разработчики и промышленники научились работать на микроуровне, стали широко использоваться нанокомпоненты. Самый распространённый пример – это электронные чипы. Полупроводниковые компоненты буквально печатаются на нанометровом уровне высокоточными машинами, а плотность заполнения уже доходит до сотен миллионов транзисторов на квадратный миллиметр. Таким же образом создаются и наноструктуры, состоящие из микрокомпонентов-кирпичиков и обладающие уникальными качествами. Несмотря на такой прогресс, их свойства до конца так и не были изучены, в частности, это касается физических свойств наноструктур в условиях, приближённых к реальным. По словам одного из исследователей, все изыскания проводились в лабораториях и для лабораторий, к примеру, способность выдерживать деформации и удары проверялась в сравнительно медленных режимах, тогда как в естественных условиях деформации происходят гораздо быстрее. Учёные решили проверить свойства наноструктур в условиях быстрой деформации, бомбардируя их частицами на сверхзвуковых скоростях.

Наноброня

В качестве испытуемого образца решили использовать наноструктуру, созданную на основе частиц углерода. Сам эксперимент проводился в Массачусетском технологическом институте, где впервые использовали новый метод создания наноструктур – двухфотонную литографию. Основой для неё служит специальный наноархитектурный материал, фоточувствительная смола. При помощи лазеров в массиве смолы создаются микроскопические структурные элементы, они полимеризуются под воздействием излучения. Микроимпульсы помогли сформироваться пространственной структуре из стоек нанометрового масштаба. Как только структура была завершена, её избавили от излишков неполимеризовавшейся смолы и отправили в вакуумную печь. В печи все составляющие исходного материала выгорают, оставляя после себя углеродную решётку. Матрицей для построения пространственной структуры выбрали тетрадекаэдр, фигуру с 14 плоскостями, похожую на шар из плоских граней. По мнению исследователей, такое строение обеспечивает материалу максимальную пластичность, именно эта форма получается у отдельных частиц пенопласта.

Для разгона микрочастиц использовали лазерный ускоритель. Микрочастицы оксида кремния размером 14 микрон находятся на тончайшем слое золота, напылённом на прозрачную стеклянную основу. Мгновенно разогретое лазером золото испаряется и выталкивает микрочастицы подобно пушке со скоростью до 1100 м/с, что почти в три раза больше скорости звука. Результаты бомбардировки твёрдыми частицами углеродной наноструктуры оказались крайне интересными. Вместо того, чтобы разлететься на части, пространственная решётка принимала удары подобно перине. Верхний слой решётки под воздействием удара сминался и амортизировал частицу оксида кремния, которая полностью теряла энергию и застревала. При этом окружающая структура нисколько не страдала от удара и полностью сохраняла свою целостность.

По мнению исследователей, пересчитавших силу воздействия на углеродную решётку в масштабы реального мира, она оказалась прочнее кевлара. Как показали исследования, наноструктуры могут проявлять на удивление большие пластические свойства, сохраняя при этом высокую прочность. Полученные результаты вполне могут пригодиться и за пределами лаборатории – для производства бронежилетов, защитных экранов или щитов.

Понравилась эта новость? Подпишись на нас в соцсетях!