سترة من ألياف خفيفة تقي من الرصاص

سترة من ألياف خفيفة (تويتر)

ابتكر مهندسو جامعة ويسكونسن - ماديسون الأميركية، مادة من الألياف النانوية تتفوق في الأداء على نظيراتها المستخدمة على نطاق واسع، بما في ذلك الألواح الفولاذية، في الحماية من تأثيرات المقذوفات عالية السرعة، مثل الرصاص، وتم الإعلان عن هذا الإنجاز أول من أمس في دورية «إيه سي إس نانو».
ويقول راماثاسان ثيفاماران، أستاذ الفيزياء الهندسية المساعد في جامعة ويسكونسن ماديسون، وقائد الفريق البحثي في تقرير نشره الموقع الإلكتروني للجامعة بالتزامن مع نشر الدراسة «تُظهر دروعنا المصنوعة من الألياف النانوية خصائص وقائية تفوق بكثير أنظمة المواد الأخرى بوزن أخف بكثير».
ولإنشاء المادة، مزج ثيفاماران وفريقه البحثي، أنابيب نانوية كربونية متعددة الجدران، وهي أسطوانات كربونية بسماكة ذرة واحدة فقط في كل طبقة، مع ألياف نانوية من نسيج كيفلر الشهير، لتتفوق دروع الألياف النانوية الناتجة في تبديد الطاقة الناتجة من تأثير المقذوفات التي تتحرك أسرع من الصوت؛ وهو ما يؤهل هذه المادة خفيفة الوزن وعالية الأداء للاستخدام على سبيل المثال، في السترات الواقية من الرصاص لحماية مرتديها بشكل أفضل أو في الدروع حول المركبة الفضائية، للتخفيف من الضرر الناجم عن الحطام الفضائي الصغير عالي السرعة، كما يؤكد ثيفاماران.
وعن السر وراء قوة المادة، يوضح ثيفاماران، أن تصنيع ألياف نانوية من نسيج كيفلر ودمجها مع الأنابيب النانوية الكربونية، يؤدي إلى تكوين روابط هيدروجينية بين الألياف، وعدلت هذه الروابط الهيدروجينية التفاعلات بين الألياف النانوية، وتسببت في قفزة هائلة في أداء المادة بشكل عام.
ويضيف «الرابطة الهيدروجينية عبارة عن رابطة ديناميكية؛ مما يعني أنها يمكن أن تتكسر باستمرار وإعادة تشكيلها مرة أخرى، مما يسمح لها بتبديد كمية كبيرة من الطاقة من خلال هذه العملية الديناميكية، بالإضافة إلى ذلك، توفر روابط الهيدروجين مزيداً من الصلابة لهذا التفاعل؛ مما يقوي دروع الألياف النانوية، ويمكّن من تحقيق تحسن بنسبة 100 في المائة تقريباً في أداء تبديد الطاقة من تأثير المقذوفات التي تتحرك أسرع من الصوت».
واختبر الباحثون مادتهم الجديدة باستخدام نظام اختبار تأثير المقذوفات الدقيقة المستحث بالليزر في مختبر ثيفاماران، وهو واحد من الأنظمة القليلة في الولايات المتحدة، لاستخدام أشعة الليزر لإطلاق الرصاص الصغير على عينات المواد.