Os engenheiros da Universidade de Wisconsin-Madison criaram um material de nanofibra que supera seus equivalentes amplamente utilizados - incluindo chapas de aa§o e tecido Kevlar - na proteção contra impactos de projanãteis de alta velocidade.

Basicamente, émelhor do que a  prova de balas.

"Nossos tapetes de nanofibra exibem propriedades protetoras que superam em muito outros sistemas de materiais com peso muito menor", diz Ramathasan Thevamaran, professor assistente de engenharia física da UW-Madison que liderou a pesquisa.

Ele e seus colaboradores detalharam o avanço em um artigo publicado recentemente na revista ACS Nano .

Para criar o material, Thevamaran e o pesquisador de pa³s-doutorado Jizhe Cai misturaram nanotubos de carbono de paredes maºltiplas oscilindros de carbono com apenas um a¡tomo de espessura em cada camada oscom nanofibras de Kevlar. Os tapetes de nanofibra resultantes são superiores na dissipação de energia do impacto de pequenos projanãteis que se movem mais rápido que a velocidade do som.

O avanço estabelece as bases para o uso de nanotubos de carbono em materiais de blindagem leves e de alto desempenho, por exemplo, em coletes a  prova de balas para proteger melhor o usua¡rio ou em escudos ao redor de naves espaciais para mitigar os danos causados ​​por microdetritos voadores de alta velocidade.

"Os materiais nanofibrosos são muito atraentes para aplicações de proteção porque as fibras em nanoescala tem excelente resistência, tenacidade e rigidez em comparação com as fibras de macroescala", diz Thevamaran. "Os tapetes de nanotubos de carbono mostraram a melhor absorção de energia atéagora, e quera­amos ver se podera­amos melhorar ainda mais seu desempenho."

Eles encontraram a química certa. A equipe sintetizou nanofibras de Kevlar e incorporou uma pequena quantidade delas em suas esteiras de nanotubos de carbono , que criaram ligações de hidrogaªnio entre as fibras. Essas ligações de hidrogaªnio modificaram as interações entre as nanofibras e, juntamente com a mistura certa de nanofibras de Kevlar e nanotubos de carbono, causaram um salto drama¡tico no desempenho geral do material.

“A ligação de hidrogaªnio éuma ligação dina¢mica, o que significa que ela pode continuamente se quebrar e se formar novamente, permitindo que ela dissipe uma grande quantidade de energia por meio desse processo dina¢mico”, diz Thevamaran. "Além disso, as ligações de hidrogaªnio fornecem mais rigidez a essa interação, o que fortalece e endurece o tapete de nanofibras. velocidades de impacto supersa´nicas."

Tragam as balas. Os pesquisadores testaram seu novo material usando um sistema de teste de impacto de microprojanãtil induzido a laser no laboratório de Thevamaran. Um dos poucos como ele nos Estados Unidos, o sistema usa lasers para disparar micro-balas nas amostras de material.

"Nosso sistema éprojetado de tal forma que podemos realmente pegar uma única bala sob um microsca³pio e atira¡-la contra o alvo de uma maneira muito controlada, com uma velocidade muito controlada que pode variar de 100 metros por segundo atémais de 1 quila´metro. por segundo", diz Thevamaran. "Isso nos permitiu realizar experimentos em uma escala de tempo em que pudemos observar a resposta do material - a  medida que as interações das ligações de hidrogaªnio acontecem."

Além de sua resistência ao impacto, outra vantagem do novo material de nanofibra éque, como o Kevlar, éesta¡vel em temperaturas muito altas e muito baixas, tornando-o útil para aplicações em uma ampla variedade de ambientes extremos.