Simpelt trick gør kommerciel polymer til verdens hårdeste fiber

I materialevidenskab er sejhed et mål for mængden af ​​energi, et materiale kan absorbere, før det går i stykker. Kevlar, for eksempel, kan absorbere omkring 80 Joule pr. gram, før det går i stykker, men dette er overskygget af visse naturlige materialer, som er meget sejere. Silken produceret af den gigantiske flodkugleedderkop kan for eksempel absorbere omkring 390 joule pr. gram, før den går i stykker.

Så der er stor interesse for at finde nye materialer, der kan matche eller slå ydeevnen af ​​naturlige materialer til applikationer, der kræver høje niveauer af energiabsorption.

I dag afslører Nicola Pugno ved University of Trento i Italien et bemærkelsesværdigt simpelt trick, der dramatisk øger sejheden af ​​næsten enhver form for fiber. Faktisk siger Pugno, at han har brugt teknikken til at skabe verdens hårdeste fiber.

Den nye idé er vildledende enkel – den involverer ikke mere end at binde en slip-knude i fiberen, hvilket skaber en løkke af ekstra fiber, der kan passere gennem knuden, når den kommer under spænding.

Mekanismen er ligetil. Når fiberen sættes i spænding, begynder slipknuden at stramme sig, og det ekstra materiale passerer gennem knuden og spreder energi gennem friktion.

Naturligvis knækker fiberen til sidst, men først efter at alt materiale i løkken er passeret gennem slip-knuden.

Dette gør tydeligvis ikke materialet stærkere (sejhed og styrke er forskellige egenskaber, der generelt er ukorrelerede). Det er dog ikke svært at se, hvordan energispredningen dramatisk ville øge mængden af ​​energi, som fiberen absorberer, før den går i stykker, og derved øge dens sejhed.

Pugno siger, at han har testet ideen på en række materialer ved hjælp af forskellige antal løkker og slip-knuder. De bedste resultater kommer ved at bruge tre slip-knuder, siger han.

Ved at anvende dette enkle trick til en kommerciel polymerfiber kaldet Endumax, har han øget dens sejhed fra 44 Joule pr. gram til bemærkelsesværdige 1070 Joule pr. gram. Det er den højeste værdi, der nogensinde er registreret. proof of concept er eksperimentelt realiseret, hvilket gør verdens hårdeste fiber, siger han.

Det er endda bedre end fibre lavet af nanorør, som materialeforskere lige er begyndt at lave. Den stærkeste af disse, lavet af carbon nanorør, har en sejhed på 970 Joule pr. gram.

Pugno siger, at hans arbejde kun er begyndelsen, og at det burde være muligt at bruge hans slip-knot-teknik til at lave grafenfibre med en sejhed på 100.000 Joule pr. gram.

Der er selvfølgelig udfordringer forude. Ideelt set bør den kraft, der kræves for at føre fiberen gennem knuden, være lige under materialets brudpunkt, og dette afhænger af faktorer såsom knudetopologien. Valget af knude har en vigtig indflydelse på materialets opførsel, og yderligere arbejde her kan føre til nye designs. Pugno siger, at han i øjeblikket patenterer sit slip-knot-design og har derfor endnu ikke offentliggjort det.

De potentielle anvendelser af denne idé er mange. Hårdere materialer kunne naturligvis bruges i områder, hvor energiabsorption er vigtig, som f.eks. fremstilling af panser.

Det er en effektiv og billig idé, der har et betydeligt potentiale. Det er også ekstraordinært enkelt, hvilket måske bare er grunden til, at det er blevet overset indtil nu.

Ref: arxiv.org/abs/1304.6658 : Ægget fra Columbus for at lave verdens hårdeste fibre

skjule